JP3046644B2 - Method for manufacturing photovoltaic element - Google Patents
Method for manufacturing photovoltaic elementInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光を電気エネルギ
ーに変換する光電変換素子である光起電力素子の製造方
法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a photovoltaic device which is a photoelectric conversion device for converting sunlight into electric energy.
【0002】[0002]
【従来の技術】光起電力素子は、電卓、腕時計など民生
用の小電力用電源として広く応用されており、また、将
来、石油、石炭などのいわゆる化石燃料の代替用電力と
しての実用化可能な技術として注目されている。光起電
力素子は半導体のpn接合の光起電力を利用した技術で
あり、シリコンなどの半導体が太陽光を吸収し電子と正
孔の光キャリアーが生成し、該光キャリアーをpn接合
部の内部電界によりドリフトさせ、外部に取り出すもの
である。このような光起電力素子の作製方法としては多
くの場合半導体プロセスが用いられる。具体的には、チ
ョクラルスキー(CZ)法などの結晶成長法により、p
型、またはn型に価電子制御したシリコンの単結晶また
は多結晶を作製し、該単結晶または多結晶をスライスし
て約300μmの厚さのシリコンウエハーとする。さら
に前記ウエハーの導電型と反対の導電型となるよう価電
子制御剤を、例えば、拡散などの適当な手段を用いるこ
とによって相異なる導電型の層を形成しpn接合とす
る。2. Description of the Related Art Photovoltaic elements are widely used as small power sources for consumer use such as calculators and watches, and can be put to practical use as a substitute for so-called fossil fuels such as oil and coal in the future. Technology is attracting attention. A photovoltaic element is a technology that utilizes the photovoltaic power of a pn junction of a semiconductor. A semiconductor such as silicon absorbs sunlight to generate photocarriers of electrons and holes, and the photocarriers are generated inside the pn junction. It drifts by an electric field and is taken out. In many cases, a semiconductor process is used as a method for manufacturing such a photovoltaic element. Specifically, p is determined by a crystal growth method such as the Czochralski (CZ) method.
A single crystal or polycrystal of silicon whose valence electrons are controlled to a type or an n-type is prepared, and the single crystal or the polycrystal is sliced to obtain a silicon wafer having a thickness of about 300 μm. Further, a layer of a different conductivity type is formed by using an appropriate means such as, for example, diffusion of a valence electron controlling agent so as to have a conductivity type opposite to the conductivity type of the wafer, thereby forming a pn junction.
【0003】ところで、信頼性や変換効率が高いことか
ら、現在、実用化されている光起電力素子には主に単結
晶シリコンまたは多結晶シリコンが用いられているが、
上述のように作製方法に半導体プロセスを用いるため一
般に単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを用いる結晶
系光起電力素子は生産コストが高いという欠点がある。[0003] Meanwhile, single crystal silicon or polycrystalline silicon is mainly used in photovoltaic elements currently in practical use because of high reliability and conversion efficiency.
As described above, since a semiconductor process is used for the manufacturing method, a crystal-based photovoltaic element using single crystal silicon or polycrystalline silicon generally has a disadvantage that the production cost is high.
【0004】さらに結晶系シリコンは光吸収係数が比較
的小さいため光起電力素子として用いる場合少なくとも
50μmの厚さが必要なこと、バンド・ギャップ・エネ
ルギーが約1.1eVであり、光起電力素子に適する
1.5eVより狭く、入射光の長波長成分を有効に利用
できないことなどの欠点がある。多結晶シリコンには他
に粒界の問題もある。Further, since crystalline silicon has a relatively small light absorption coefficient, it must have a thickness of at least 50 μm when used as a photovoltaic device, and has a band gap energy of about 1.1 eV. It is narrower than 1.5 eV, which is suitable for the above, and has a drawback that the long wavelength component of the incident light cannot be used effectively. Polycrystalline silicon also has grain boundary problems.
【0005】さらに結晶系シリコンは大面積化が困難で
あり大電力を取り出す場合には単位素子の直列・並列化
が必要となり複雑な配線が要求されること、また、屋外
での使用時の外的機械的損傷からの光起電力素子の保護
のために高価な実装が必要となることなどの理由から、
単位発電量に対する生産コストが他の既存の発電方法に
比して割高になるという問題がある。Further, it is difficult to increase the area of crystalline silicon, and in order to take out a large amount of power, it is necessary to serially and parallelly connect the unit elements, which requires complicated wiring. Because expensive mounting is required to protect the photovoltaic element from mechanical damage
There is a problem that the production cost per unit power generation is higher than other existing power generation methods.
【0006】このような事情から光起電力素子の電力用
としての実用化に際しての重要な技術的課題は生産の低
コスト化および素子の大面積化の実現であり、様々な検
討がなされている。その結果、例えば低コストの材料、
素子の変換効率の高い材料として、非結晶シリコン、非
晶質シリコン・ゲルマニウム、非晶質炭化珪素などのテ
トラヘドラル系非晶質半導体や、CdS,Cu2Sなど
のII−IV族や、GaAs,GaAlAsなどの化合物半
導体などが見いだされている。なかでも非晶質半導体、
とりわけ非晶質シリコンを用いた薄膜光起電力素子は、
大面積化が容易なこと、吸収係数が結晶系シリコンに比
して大きく厚さが薄くて済むこと、薄膜を堆積する基板
材質、形状の限定が少ないなどの長所があり有望視され
ている。しかしながら、上記の非晶質シリコンを用いた
光起電力素子は光電変換効率が低いこと、信頼性が低い
ことなどの欠点も合わせもっており、これらを解決する
ために様々な試みがなされている。[0006] Under these circumstances, important technical issues in the practical use of photovoltaic elements for power use are to reduce production cost and to increase the area of the elements, and various studies have been made. . As a result, for example, low cost materials,
Materials having high conversion efficiency of the device include tetrahedral amorphous semiconductors such as amorphous silicon, amorphous silicon / germanium, and amorphous silicon carbide; II-IV groups such as CdS and Cu 2 S; Compound semiconductors such as GaAlAs have been found. Among them, amorphous semiconductors,
In particular, thin-film photovoltaic devices using amorphous silicon
It is promising because of its advantages such as easy area enlargement, a large absorption coefficient compared to crystalline silicon and a small thickness, and a limited number of substrate materials and shapes on which thin films are deposited. However, the above-described photovoltaic element using amorphous silicon also has disadvantages such as low photoelectric conversion efficiency and low reliability, and various attempts have been made to solve these.
【0007】上記の非晶質シリコンの光電変換効率の低
いことは以下のことが一つの理由とされている。すなわ
ち非晶質シリコンのバンド・ギャップ・エネルギーは約
1.7eVであり、700nm以上の長波長域の光を吸
収しない。これはこの領域の光が有効利用されないから
である。これに対してこの長波長領域にも感度のあるバ
ンド・ギャップ・エネルギーの小さな材料が検討されて
いる。非晶質シリコン・ゲルマニウムはその一例であ
る。薄膜堆積時に用いられるシリコンを含有する原料ガ
スとゲルマニウムを含有する原料ガスの比によってバン
ド・ギャップ・エネルギーを約1.3eVから約1.7
eVまでの任意の値に制御できる。[0007] One of the reasons for the low photoelectric conversion efficiency of amorphous silicon is as follows. That is, amorphous silicon has a band gap energy of about 1.7 eV and does not absorb light in a long wavelength region of 700 nm or more. This is because the light in this area is not effectively used. On the other hand, a material having a small band gap energy that is sensitive to the long wavelength region has been studied. Amorphous silicon germanium is one example. The band gap energy is increased from about 1.3 eV to about 1.7 depending on the ratio of the source gas containing silicon and the source gas containing germanium used in depositing the thin film.
It can be controlled to any value up to eV.
【0008】また、光電変換効率を向上する手法として
単位光起電力素子構造を複数積層するいわゆるスタック
構造を用いることが、米国特許2,949,498号明
細書に開示されている。上記特許においてはpn接合結
晶半導体が用いられているが、バンド・ギャップ・エネ
ルギーの異なる単位光起電力素子構造に入射光の吸収波
長域を分担させることによって入射光を広波長域にわた
って有効利用するというその思想は結晶系および非晶質
半導体のいずれにも共通するものである。この手法を用
いることによって光起電力素子特性の開回路電圧Voc
は増大し、光電変換効率が向上する。US Pat. No. 2,949,498 discloses using a so-called stack structure in which a plurality of unit photovoltaic element structures are stacked as a technique for improving photoelectric conversion efficiency. In the above patent, a pn junction crystal semiconductor is used, but the incident light is effectively used over a wide wavelength range by sharing the absorption wavelength range of the incident light with the unit photovoltaic element structures having different band gap energies. This idea is common to both crystalline and amorphous semiconductors. By using this technique, the open circuit voltage Voc of the photovoltaic element characteristics
Is increased, and the photoelectric conversion efficiency is improved.
【0009】上記のスタック構造を用いる手法では、光
入射側の単位光起電力素子構造から順にそのバンド・ギ
ャップ・エネルギーが小さくなるように設計される。こ
の点で非晶質シリコンに比してバンド・ギャップ・エネ
ルギーが小さく、また、そのバンド・ギャップ・エネル
ギーの制御が容易な非晶質シリコン・ゲルマニウムは材
料として適している。In the above-described method using the stack structure, the unit is designed such that the band gap energy becomes smaller in order from the unit photovoltaic element structure on the light incident side. In this regard, amorphous silicon-germanium, which has a smaller band gap energy than amorphous silicon and whose band gap energy can be easily controlled, is suitable as a material.
【0010】一方、同じバンド・ギャップ・エネルギー
をもつ複数の非晶質シリコンの単位光起電力素子構造を
それらの間に絶縁層をもたずに積層し光起電力素子全体
のVocを増大させる手法が提案されている。On the other hand, a plurality of amorphous silicon unit photovoltaic element structures having the same band gap energy are stacked without an insulating layer between them to increase Voc of the entire photovoltaic element. An approach has been proposed.
【0011】ところで非晶質シリコン・ゲルマニウムは
一般に膜質に関しては非晶質シリコンに比して劣る。ま
た、単位光起電力素子として比較した場合にも光電変換
効率は非晶質シリコンの方が高い。これは非晶質シリコ
ン・ゲルマニウムの空乏層内の局在準位が非晶質シリコ
ンのそれに比して多いことに起因するといわれており、
上記局在準位を減少させる試みがなされており、例え
ば、特公昭63−48197号公報においては、活性化
したフッ素原子によって非晶質シリコン・ゲルマニウム
中のダングリングボンドを補償し局在準位の数を減少す
ることが開示されている。Amorphous silicon / germanium is generally inferior in film quality to amorphous silicon. Also, when compared as a unit photovoltaic element, the photoelectric conversion efficiency of amorphous silicon is higher. It is said that this is because the localized level in the depletion layer of amorphous silicon / germanium is larger than that of amorphous silicon,
Attempts have been made to reduce the above-mentioned localized level. For example, Japanese Patent Publication No. Sho 63-48197 discloses that an activated fluorine atom compensates for a dangling bond in amorphous silicon / germanium so that the localized level is reduced. Are disclosed to reduce the number of
【0012】一方、上記のような膜質向上以外の方法で
非晶質シリコン・ゲルマニウム光起電力素子の特性向上
の検討がなされている。例えば、p型半導体層および/
またはn型半導体層とi型半導体層との接合界面におい
てバンド幅の傾斜をもたせるいわゆるバッファ層を用い
る方法が米国特許4,254,429号、米国特許4,
377,723号に開示されている。該バッファ層の役
割は内部電界を増加させVocを増大することにある。On the other hand, studies have been made on improving the characteristics of the amorphous silicon-germanium photovoltaic element by a method other than the film quality improvement described above. For example, a p-type semiconductor layer and / or
Alternatively, a method using a so-called buffer layer having a gradient of a bandwidth at a junction interface between an n-type semiconductor layer and an i-type semiconductor layer is disclosed in U.S. Pat. No. 4,254,429 and U.S. Pat.
No. 377,723. The role of the buffer layer is to increase the internal electric field and increase Voc.
【0013】さらに、別の方法として含有するシリコン
とゲルマニウムの組成比を膜厚方向に変化させることに
よりi層中に組成分布、いわゆる、傾斜層を設けること
によって光起電力素子特性を向上させる方法がある。Another method is to improve the photovoltaic device characteristics by providing a composition distribution in the i-layer, that is, a so-called gradient layer, by changing the composition ratio of silicon and germanium contained in the film thickness direction. There is.
【0014】例えば、米国特許第4,816,082号
によれば、光入射側の第一の面の価電子制御された半導
体層に接する部分のi層のバンド・ギャップ・エネルギ
ーを大きくし、中央部に向かうにしたがい徐々にバンド
・ギャップ・エネルギーを小さくし、さらに第二の価電
子制御された半導体層に向かうにしたがいバンド・ギャ
ップ・エネルギーを大きくしていく方法が開示されてい
る、。該方法によれば光によって発生したキャリアーは
内部電界の働きによって効率よく分離され膜特性が向上
する。For example, according to US Pat. No. 4,816,082, the band gap energy of the i-layer in the portion in contact with the valence-controlled semiconductor layer on the first surface on the light incident side is increased, A method is disclosed in which the band gap energy is gradually reduced toward the central portion, and further increased toward the second valence electron controlled semiconductor layer. According to this method, carriers generated by light are efficiently separated by the action of the internal electric field, and the film characteristics are improved.
【0015】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記非晶
質シリコンをはじめとする非晶質光起電力素子は結晶系
シリコン光起電力素子に比して光電変換効率が低く、ま
た1Wあたりの発電コストは既存の火力、水力、原子力
発電に比して高い。よって非晶質光起電力素子は、結晶
系光起電力素子、および既存の発電手段と対等に一般に
未だ普及していないのが実状である。However, the amorphous silicon or other amorphous photovoltaic device has a lower photoelectric conversion efficiency than a crystalline silicon photovoltaic device and has a power generation cost per watt. Is higher than existing thermal, hydro and nuclear power plants. Therefore, in reality, amorphous photovoltaic elements have not yet been widely used on a par with crystalline photovoltaic elements and existing power generation means.
【0016】本発明は、上述した問題点を解決し、光変
換効率が高く、かつ原料ガスの使用量が比較的少なくて
済む非晶質光起電力素子の製造方法を提供するものであ
る。The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a method for manufacturing an amorphous photovoltaic device which has a high light conversion efficiency and requires a relatively small amount of raw material gas.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明は導電性表面を有
する基板上に少なくとも一組のp,i,n型半導体が堆
積され、i型半導体膜は非晶質シリコン・ゲルマニウム
であり、i型半導体膜中でゲルマニウムの含有量が膜厚
方向に変化することによってバンド・ギャップ・エネル
ギーが膜厚方向に一旦単調に減少し再び単調に増加する
構造を有する光起電力素子の製造方法であって、i型半
導体膜を堆積する工程において、ゲルマニウムを含有す
る原料ガスの供給量をまず0から時間に対して直線的に
増加させ、i型半導体膜の堆積開始から終了までの総堆
積時間の0.75以上0.8以下の時点で所定の流量と
し、該所定の流量に達した時点からは該供給流量を時間
に対して直線的に0まで減少させる光起電力素子の製造
方法である。According to the present invention, at least one set of p, i, n-type semiconductors is deposited on a substrate having a conductive surface, the i-type semiconductor film is amorphous silicon germanium, A method for manufacturing a photovoltaic device having a structure in which the band gap energy once decreases monotonically in the film thickness direction and then monotonically increases again as the germanium content in the semiconductor film changes in the film thickness direction. Te, in the step of depositing an i-type semiconductor film, a germanium linearly increased with respect to between first 0 or et when the supply amount of the raw material gas containing a total sedimentary from the start of the deposition i-type semiconductor film to the end
At a time point between 0.75 and 0.8 of the product time, a predetermined flow rate
And, from the time of reaching to the predetermined flow rate is a manufacturing method of a photovoltaic device to decrease linearly to 0 the supply flow rate with respect to time.
【0018】かかる構成とすることによって、光電変換
効率が高い光起電力素子が得られ、かつ原料ガスの使用
量が比較的少なくて済む光起電力素子の製造方法を提供
することができる。 With this configuration, the photoelectric conversion
Highly efficient photovoltaic elements can be obtained and use of raw material gas
Provides a method for manufacturing a photovoltaic element that requires a relatively small amount
can do.
【0019】前記所定の流量に達する時点に堆積する膜
のバンド・ギャップ・エネルギーを1.3eV以上1.
4eV以下にすることも変換効率がさらに高くなるので
好ましい。The band gap energy of the film deposited at the time when the predetermined flow rate is reached is not less than 1.3 eV.
It is also preferable to set it to 4 eV or less because the conversion efficiency is further increased.
【0020】本発明者らは検討の結果、まず、以下の知
見を得た。すなわちi型半導体薄膜中の膜厚方向のバン
ド・ギャップ・エネルギーの変化を、ゲルマニウムを含
有する原料ガスを上記i型半導体薄膜の堆積開始時の0
SCCMから該原料ガスの最大流量まで時間とともに直
線的に増加させ、その後該原料ガスの最大流量から上記
i層半導体薄膜の堆積終了時の0SCCMまで時間とと
もに直線的に減少させることによって制御した光起電力
素子と、上記とトータルで等しい量のゲルマニウムを含
有する原料ガスをi型半導体薄膜の堆積開始時から堆積
終了時まで一定流量導入してバンド・ギャップ・エネル
ギーを減少させた光起電力素子を比較すると前者の方が
光電変換効率が高いことである。本発明はこの知見に基
づきさらなる検討を行ない、完成するに至った。The present inventors have obtained the following findings as a result of the study. That is, the change in the band gap energy in the film thickness direction in the i-type semiconductor thin film is determined by changing the source gas containing germanium to 0% at the start of deposition of the i-type semiconductor thin film.
A photovoltaic system controlled by increasing linearly with time from SCCM to the maximum flow rate of the source gas with time, and then linearly decreasing with time from the maximum flow rate of the source gas to 0 SCCM at the end of the deposition of the i-layer semiconductor thin film. A power element and a photovoltaic element in which the band gap energy is reduced by introducing a constant flow of a source gas containing germanium in the same amount as the above from the start of deposition of the i-type semiconductor thin film to the end of deposition. In comparison, the former has a higher photoelectric conversion efficiency. The present invention has been further studied based on this finding, and has been completed.
【0021】本発明は単位光起電力素子構造を複数積層
する光起電力素子に応用することも可能であり、その場
合少なくとも一つ以上の単位光起電力素子構造のi型半
導体薄膜に本発明を適用することで効果が得られる。The present invention can also be applied to a photovoltaic element in which a plurality of unit photovoltaic element structures are stacked, and in this case, the present invention is applied to at least one or more i-type semiconductor thin films having a unit photovoltaic element structure. The effect can be obtained by applying.
【0022】図6〜9は、本発明を適用するに好適なp
in型非晶質太陽電池の例を模式的的に表したものであ
る。図6は光が図の上部から入射する構造の太陽電池で
あり、図において1は基板、2は下部電極、3はn型半
導体層、4はi型半導体層、5はp型半導体層、6は上
部電極、7は集電電極を表す。FIGS. 6 to 9 show the p-type suitable for applying the present invention.
1 schematically illustrates an example of an in-type amorphous solar cell. FIG. 6 shows a solar cell having a structure in which light is incident from the top of the figure. In the figure, 1 is a substrate, 2 is a lower electrode, 3 is an n-type semiconductor layer, 4 is an i-type semiconductor layer, 5 is a p-type semiconductor layer, Reference numeral 6 denotes an upper electrode, and 7 denotes a collecting electrode.
【0023】図7は基板1が透明であり、光が図の下部
から入射する構造の太陽電池を示す。図8は図6の太陽
電池のpin構造を2層積層した構造の太陽電池であ
り、図において10および11は太陽電池の単位素子を
表し13はn型半導体層、14はi型半導体層、15は
p型半導体層を表す。図9は図6の太陽電池のpin構
造を3層積層した構造の太陽電池であり、図において1
2は太陽電池の単位素子を表し、23はn型半導体層、
24はi型半導体層、25はp型半導体層を表す。なお
いずれの光起電力素子においてもn型半導体層とp型半
導体層とは目的に応じて各相の積層順を入れかえて使用
することもできる。以下、これらの光起電力素子の構成
について説明する。FIG. 7 shows a solar cell having a structure in which the substrate 1 is transparent and light enters from the bottom of the figure. FIG. 8 shows a solar cell having a structure in which two layers of the pin structure of the solar cell shown in FIG. 6 are laminated. Reference numeral 15 denotes a p-type semiconductor layer. FIG. 9 shows a solar cell having a structure in which three layers of the pin structure of the solar cell of FIG. 6 are stacked.
2 represents a solar cell unit element, 23 represents an n-type semiconductor layer,
24 represents an i-type semiconductor layer, and 25 represents a p-type semiconductor layer. In each of the photovoltaic elements, the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer can be used in a different order of lamination according to the purpose. Hereinafter, the configurations of these photovoltaic elements will be described.
【0024】基板 p,iおよびn型の半導体層3,4,5はたかだか1μ
m程度の薄膜であるため適当な基板上に堆積される。こ
のような基板1としては、単結晶もしくは、非単結晶質
のものであってもよく、さらにそれらは導電性のもので
あっても、また電気絶縁性のものであってもよい。さら
にそれらは透光性のものであっても、また非透光性のも
のであってもよいが、変形、歪が少なく、所望の強度を
有するものであることが好ましい。具体的にはFe,N
i,Cr,Al,Mo,Au,Nb,Ta,V,Ti,
Pt,Pbなどの金属またはこれらの合金、例えば真ち
ゅう、ステンレス鋼などの薄板およびその複合体、およ
びポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、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、
ポリイミド、エポキシなどの耐熱性合成樹脂のフィルム
またはシートまたはこれらとガラスファイバー、カーボ
ンファイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維などとの複
合体、およびこれらの金属の薄板、樹脂シートなどの表
面に異種材質の金属薄膜および/またはSiO2,Si3
N4,Al2O3,AlNなどの絶縁性薄膜をスパッタ
法、蒸着法、鍍金法などにより表面コーティング処理を
行なったものおよびガラス、セラミックスなどが挙げら
れる。The substrates p, i and n-type semiconductor layers 3, 4, 5 are at most 1 μm.
Since it is a thin film of about m, it is deposited on an appropriate substrate. Such a substrate 1 may be a single-crystal or non-single-crystal substrate, and may be a conductive or electrically insulating substrate. Further, they may be translucent or non-translucent, but preferably have little deformation and distortion and a desired strength. Specifically, Fe, N
i, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti,
Metals such as Pt and Pb or alloys thereof, for example, brass, thin plates such as stainless steel and composites thereof, and polyester, polyethylene, polycarbonate, cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyamide,
Films or sheets of heat-resistant synthetic resin such as polyimide or epoxy, or composites of these with glass fiber, carbon fiber, boron fiber, metal fiber, etc., and metals of different materials on the surface of thin plates of these metals, resin sheets, etc. Thin film and / or SiO 2 , Si 3
Examples thereof include those obtained by subjecting an insulating thin film such as N 4 , Al 2 O 3 , and AlN to a surface coating treatment by a sputtering method, an evaporation method, a plating method, or the like, glass, ceramics, and the like.
【0025】基板が金属などの電気導電性である場合に
は基板を直接電流取り出し用の電極としてもよいし、合
成樹脂などの電気絶縁性である場合には堆積膜の形成さ
れる側の表面にAl,Ag,Pt,Au,Ni,Ti,
Mo,W,Fe,V,Cr,Cu,ステンレス,真ちゅ
う,ニクロム,SnO2,In2O3,ZnO,ITOな
どのいわゆる金属単体または合金、および透明導電性酸
化物(TCO)を鍍金、蒸着、スパッタなどの方法であ
らかじめ表面処理を行なって電流取り出し用の電極を形
成しておくことが望ましい。When the substrate is electrically conductive such as metal, the substrate may be directly used as an electrode for extracting current. When the substrate is electrically insulating such as synthetic resin, the surface on which the deposited film is formed is formed. Al, Ag, Pt, Au, Ni, Ti,
Mo, W, Fe, V, Cr, Cu, stainless steel, brass, nichrome, SnO 2 , In 2 O 3 , ZnO, ITO and other so-called simple metals or alloys, and transparent conductive oxide (TCO) are plated and deposited. It is preferable to form a current extraction electrode by performing a surface treatment in advance by a method such as sputtering.
【0026】勿論、前記基板が金属などの電気導電性の
ものであっても、長波長光の基板表面上での反射率を向
上させたり、基板材質と堆積膜との間での構成元素の相
互拡散を防止するなどの目的で異種の金属層などを前記
基板上の堆積膜が形成される側に設けてもよい。また、
前記基板が比較的透明であって、該基板の側から光入射
を行なう層構成の太陽電池とする場合には前記透明導電
性酸化物や金属薄膜などの導電性薄膜をあらかじめ堆積
形成しておくことが望ましい。Of course, even if the substrate is made of an electrically conductive material such as a metal, the reflectance of long-wavelength light on the surface of the substrate can be improved, and the composition of the constituent elements between the substrate material and the deposited film can be improved. A different kind of metal layer or the like may be provided on the side of the substrate on which the deposited film is formed, for the purpose of preventing mutual diffusion. Also,
When the substrate is relatively transparent and a solar cell having a layer configuration in which light is incident from the side of the substrate, a conductive thin film such as the transparent conductive oxide or a metal thin film is deposited and formed in advance. It is desirable.
【0027】また、前記基板の表面性としてはいわゆる
平滑面であっても、微小の凹凸面であってもよい。The surface of the substrate may be a so-called smooth surface or a fine uneven surface.
【0028】微小の凹凸面とする場合にはその凹凸形状
は球状、円錐状、角錐状などであって、かつその最大高
さ(Rmax)が好ましくは500乃至5000オングス
トロームとすることにより、該表面での光反射が乱反射
となり、該表面での反射光の光路長の増大をもたらす。
基板の形状は、用途により平滑表面あるいは凸凹表面の
板状、長尺ベルト状、円筒状などであることができ、そ
の厚さは、所望の通りの光起電力素子を形成し得るよう
に適宜決定するが、光起電力素子として可撓性が要求さ
れる場合、または基板の側より光入射がなされる場合に
は、基板としての機能が充分発揮される範囲内で可能な
限り薄くすることができる。しかしながら、基板の製造
上および取り扱い上、機械的強度などの点から、通常
は、10μm以上とされる。In the case of forming a fine uneven surface, the uneven shape may be spherical, conical, pyramidal, or the like, and the maximum height (Rmax) may be preferably 500 to 5000 angstroms. The light reflection at the surface becomes irregular reflection, resulting in an increase in the optical path length of the reflected light at the surface.
The shape of the substrate may be plate-like with a smooth surface or an uneven surface, a long belt-like shape, a cylindrical shape, or the like, depending on the application, and the thickness thereof is appropriately set so that a desired photovoltaic element can be formed. To be determined, when flexibility is required for the photovoltaic element, or when light is incident from the side of the substrate, make it as thin as possible within the range where the function as the substrate can be sufficiently exhibited. Can be. However, the thickness is usually 10 μm or more from the viewpoints of production and handling of the substrate, mechanical strength, and the like.
【0029】本発明の光起電力素子においては、当該素
子の構成形態により適宜の電極が選択使用される。それ
らの電極としては、下部電極、上部電極(透明電極)、
集電電極を挙げることができる。(ただし、ここでいう
上部電極とは光の入射側に設けられたものを示し、下部
電極とは半導体層を挟んで上部電極に対向して設けられ
たものを示すこととする。)これらの電極について以下
に詳しく説明する。In the photovoltaic device of the present invention, an appropriate electrode is selected and used depending on the configuration of the device. These electrodes include a lower electrode, an upper electrode (transparent electrode),
A collecting electrode can be mentioned. (However, the upper electrode referred to here indicates an electrode provided on the light incident side, and the lower electrode indicates an electrode provided opposite to the upper electrode with a semiconductor layer interposed therebetween.) The electrodes are described in detail below.
【0030】下部電極 本発明において用いられる下部電極2としては、上述し
た基板1の材料が透光性であるか否かによって、光起電
力発生用の光を照射する面が異なる故(例えば基板1が
金属などの非透光性の材料である場合には、図6で示し
たごとく上部電極6側から光起電力発生用の光を照射す
る。)その設置される場所が異なる。Lower Electrode As the lower electrode 2 used in the present invention, the surface to be irradiated with light for generating photovoltaic power differs depending on whether or not the material of the substrate 1 is translucent (for example, the substrate When 1 is a non-translucent material such as a metal, light for generating photovoltaic power is irradiated from the upper electrode 6 side as shown in FIG. 6).
【0031】具体的には、図6,8および9のような層
構成の場合には基板1とn型半導体層2との間に設けら
れる。しかし、基板1が導電性である場合には、該基板
が下部電極を兼ねることができる。ただし、基板1が導
電性であってもシート抵抗値が高い場合には、電流取り
出し用の低抵抗の電極として、あるいは基板面での反射
率を高め入射光の有効利用を図る目的で下部電極2を設
置してもよい。More specifically, in the case of a layer configuration as shown in FIGS. 6, 8 and 9, it is provided between the substrate 1 and the n-type semiconductor layer 2. However, when the substrate 1 is conductive, the substrate can also serve as the lower electrode. However, when the sheet resistance is high even if the substrate 1 is conductive, the lower electrode is used as a low-resistance electrode for taking out current, or for the purpose of increasing the reflectivity on the substrate surface and making effective use of incident light. 2 may be installed.
【0032】図7の場合には透光性の基板1が用いられ
ており、基板1の側から光が入射されるので、電流取り
出しおよび当該電極での光反射用の目的で、下部電極2
が基板1と対向して半導体層を挟んで設けられている。In the case of FIG. 7, a light-transmitting substrate 1 is used, and since light is incident from the substrate 1 side, the lower electrode 2 is used for current extraction and light reflection at the electrode.
Are provided facing the substrate 1 with the semiconductor layer interposed therebetween.
【0033】また、基板1として電気絶縁性のものを用
いる場合には電流取り出し用の電極として、基板1とn
型半導体層3との間に下部電極2が設けられる。When an electrically insulating substrate is used as the substrate 1, the substrate 1 and n
The lower electrode 2 is provided between the lower electrode 2 and the mold semiconductor layer 3.
【0034】電極材料としては、Ag,Au,Pt,N
i,Cr,Cu,Al,Ti,Zn,Mo,Wなどの金
属またはこれらの合金が挙げられ、これらの金属の薄膜
を真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリングなどで形
成する。また、形成された金属薄膜は光起電力素子の出
力に対して抵抗成分とならぬように配慮されねばなら
ず、シート抵抗値として好ましくは50Ω以下、より好
ましくは10Ω以下であることが望ましい。As the electrode material, Ag, Au, Pt, N
Metals such as i, Cr, Cu, Al, Ti, Zn, Mo and W or alloys thereof are mentioned, and a thin film of these metals is formed by vacuum evaporation, electron beam evaporation, sputtering or the like. Also, care must be taken that the formed metal thin film does not become a resistance component with respect to the output of the photovoltaic element, and the sheet resistance is preferably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.
【0035】下部電極2とn型半導体層3との間に、図
中には示されていないが、導電性酸化亜鉛などの拡散防
止層を設けてもよい。該拡散防止層の効果としては下部
電極2を構成する金属元素がn型半導体層中へ拡散する
のを防止するのみならず、若干の抵抗値をもたせること
で半導体層を挟んで設けられた下部電極2と透明電極6
との間にピンホールなどの欠陥で発生するショートを防
止すること、および薄膜による多重干渉を発生させ入射
された光を光起電力素子内に閉じ込めるなどの効果を挙
げることができる。Although not shown in the figure, a diffusion preventing layer such as conductive zinc oxide may be provided between the lower electrode 2 and the n-type semiconductor layer 3. The effect of the diffusion preventing layer is not only to prevent the metal element forming the lower electrode 2 from diffusing into the n-type semiconductor layer, but also to provide a small resistance value so that the lower portion provided with the semiconductor layer interposed therebetween. Electrode 2 and transparent electrode 6
To prevent short-circuiting caused by a defect such as a pinhole between them, and the effect of generating multiple interference by a thin film and confining incident light in a photovoltaic element.
【0036】上部電極(透明電極)本発明において用い
られる上部電極(透明電極)6としては太陽や白色蛍光
灯などからの光を半導体層内に効率よく吸収させるため
に光の透過率が85%以上であることが望ましく、さら
に、電気的には光起電力素子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100Ω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Sn
O2,In2O3,ZnO,CdO,CdSnO4,ITO
(In2O3+SnO2)などの金属酸化物や、Au,A
l,Cuなどの金属を極めて薄く半透明状に成膜した金
属薄膜などが挙げられる。上部電極6は図6,8および
9においてはp型半導体層5層の上に積層され、図7に
おいては基板1の上に積層されるものであるため、互い
に密着性のよいものを選ぶことが必要である。上部電極
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、スプレー法などを用いるこ
とができ所望に応じて適宜選択される。Upper Electrode (Transparent Electrode) The upper electrode (transparent electrode) 6 used in the present invention has a light transmittance of 85% in order to efficiently absorb light from the sun or a white fluorescent lamp into the semiconductor layer. It is desirable that the sheet resistance is not more than 100 Ω so that the sheet resistance is not more than 100Ω so that the output of the photovoltaic element does not become a resistance component. As a material having such properties, Sn
O 2 , In 2 O 3 , ZnO, CdO, CdSnO 4 , ITO
Metal oxides such as (In 2 O 3 + SnO 2 ), Au, A
Metal thin films in which a metal such as l, Cu or the like is formed in a very thin and translucent state can be used. The upper electrode 6 is laminated on the p-type semiconductor layer 5 in FIGS. 6, 8 and 9, and is laminated on the substrate 1 in FIG. is necessary. As a method for manufacturing the upper electrode, a resistance heating evaporation method, an electron beam heating evaporation method, a sputtering method, a spray method, or the like can be used, and is appropriately selected as desired.
【0037】集電電極 本発明において用いられる集電電極7は、上部電極6の
表面抵抗値を低減させる目的で上部電極6上に設けられ
る。電極材料としてはAg,Cr,Ni,Al,Au,
Ti,Pt,Cu,Mo,Wなどの金属またはこれらの
合金の薄膜が挙げられる。これらの薄膜は積層させて用
いることができる。また、半導体層への光入射光量が充
分に確保されるよう、その形状および面積が適宜設計さ
れる。Collector electrode The collector electrode 7 used in the present invention is provided on the upper electrode 6 for the purpose of reducing the surface resistance of the upper electrode 6. Ag, Cr, Ni, Al, Au,
Examples include a thin film of a metal such as Ti, Pt, Cu, Mo, W, or an alloy thereof. These thin films can be stacked and used. The shape and area of the semiconductor layer are appropriately designed so that the amount of light incident on the semiconductor layer is sufficiently ensured.
【0038】例えば、その形状は光起電力素子の受光面
に対して一様に広がり、かつ受光面積に対してその面積
は好ましくは15%以下、より好ましくは10%以下で
あることが望ましい。For example, it is desirable that the shape is uniformly spread on the light receiving surface of the photovoltaic element, and that the area is preferably 15% or less, more preferably 10% or less with respect to the light receiving area.
【0039】また、シート抵抗値としては、好ましくは
50Ω以下、より好ましくは10Ω以下であることが望
ましい。The sheet resistance is desirably 50Ω or less, more preferably 10Ω or less.
【0040】半導体層3,4,5は通常の薄膜作製プロ
セスによって作製されるもので、蒸着法、スパッタ法、
高周波プラズマCVD法、マイクロ波プラズマCVD
法、ECR法、熱CVD法、LPCVD法など公知の方
法を所望に応じて用いることにより作製できる。工業的
に採用されている方法としては、原料ガスをプラズマで
分解し、基板上に堆積させるプラズマCVD法が好んで
用いられる。また、反応装置としては、バッチ式の装置
や連続成膜装置などが所望に応じて使用できる。価電子
制御された半導体を作製する場合は、リン、ボロンなど
を構成原子として含むPH3、B2H6ガスなどを同時に
分解することにより行なわれる。The semiconductor layers 3, 4, and 5 are manufactured by a normal thin film manufacturing process.
High frequency plasma CVD, microwave plasma CVD
It can be manufactured by using a known method such as an ECR method, a thermal CVD method, and an LPCVD method as required. As a method adopted industrially, a plasma CVD method in which a raw material gas is decomposed by plasma and deposited on a substrate is preferably used. In addition, as the reaction device, a batch type device, a continuous film forming device, or the like can be used as desired. When a semiconductor whose valence electrons are controlled is manufactured, PH 3 and B 2 H 6 gases containing phosphorus, boron, and the like as constituent atoms are simultaneously decomposed.
【0041】i型半導体層 本光起電力素子において好適に用いられるi型半導体層
を構成する半導体材料としては、非晶質シリコン・ゲル
マニウムのi層を作製する場合はa−SiGe:H,a
−SiGe:F,a−SiGe:H:Fなどのいわゆる
周期律表第IV族合金系半導体材料が挙げられる。また、
単位素子構成を積層したスタックセル構造において非晶
質シリコン・ゲルマニウム以外のi型半導体層を構成す
る半導体材料としては、a−Si:H,a−Si:F,
a−Si:H:F,a−SiC:H,a−SiC:F,
a−SiC:H:F,poly−Si:H,poly−
Si:F,poly−Si:H:Fなどいわゆる周期律
表第IV族およびIV族合金系半導体材料の他、周期律表第
III−V族およびII−VI族のいわゆる化合物半導体材料
などが挙げられる。I-Type Semiconductor Layer As the semiconductor material constituting the i-type semiconductor layer suitably used in the present photovoltaic element, a-SiGe: H, a is used when an i-layer of amorphous silicon / germanium is formed.
And so-called Group IV alloy semiconductor materials such as -SiGe: F and a-SiGe: H: F. Also,
Semiconductor materials constituting an i-type semiconductor layer other than amorphous silicon / germanium in a stack cell structure in which unit element configurations are stacked include a-Si: H, a-Si: F,
a-Si: H: F, a-SiC: H, a-SiC: F,
a-SiC: H: F, poly-Si: H, poly-
In addition to so-called Group IV and Group IV alloy-based semiconductor materials such as Si: F, poly-Si: H: F, etc.
Group III-V and group II-VI so-called compound semiconductor materials are included.
【0042】CVD法に用いる原料ガスとしては、シリ
コン元素を含む化合物として鎖状または環状シラン化合
物が用いられ、具体的には、例えば、SiH4,Si
F4,(SiF2)5,(SiF2)6,(SiF2)4,S
i2F6,Si3F8,SiHF3,SiH2F2,Si2H2
F4,Si2H3F3,SiCl4,(SiCl2)5,Si
Br4,(SiBr2)5,SiCl6,SiHCl3,S
iHBr2,SiH2Cl2,SiCl3F3などのガス状
態のまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。As a source gas used in the CVD method, a chain or cyclic silane compound is used as a compound containing a silicon element. Specifically, for example, SiH 4 , Si
F 4 , (SiF 2 ) 5 , (SiF 2 ) 6 , (SiF 2 ) 4 , S
i 2 F 6 , Si 3 F 8 , SiHF 3 , SiH 2 F 2 , Si 2 H 2
F 4 , Si 2 H 3 F 3 , SiCl 4 , (SiCl 2 ) 5 , Si
Br 4 , (SiBr 2 ) 5 , SiCl 6 , SiHCl 3 , S
Examples thereof include those in a gas state or those which can be easily gasified, such as iHBr 2 , SiH 2 Cl 2 , and SiCl 3 F 3 .
【0043】また、ゲルマニウム元素を含む化合物とし
て、鎖状のゲルマンまたはハロゲン化ゲルマニウム、環
状のゲルマンまたはハロゲン化ゲルマニウム、鎖状また
は環状ゲルマニウム化合物およびアルキル基などを有す
る有機ゲルマニウム化合物、具体的にはGeH4,Ge2
H6,Ge3H3,n−Ge4H10,t−Ge4H10,Ge
H6,Ge5H10,GeH3Cl,GeH2F2,Ge(C
H3)4,Ge(C2H5)4,Ge(C6H5)4,Ge(C
H3)2F2,GeF2,GeF4などが挙げられる。Examples of the compound containing a germanium element include a chain germanium or a germanium halide, a cyclic germanium or a germanium halide, a chain or a cyclic germanium compound, and an organic germanium compound having an alkyl group. 4 , Ge 2
H 6 , Ge 3 H 3 , n-Ge 4 H 10 , t-Ge 4 H 10 , Ge
H 6 , Ge 5 H 10 , GeH 3 Cl, GeH 2 F 2 , Ge (C
H 3 ) 4 , Ge (C 2 H 5 ) 4 , Ge (C 6 H 5 ) 4 , Ge (C
H 3 ) 2 F 2 , GeF 2 , GeF 4 and the like.
【0044】p型半導体層およびn型半導体層 好適に用いられるp型またはn型半導体層を構成する半
導体材料としては、前述したi型半導体層を構成する半
導体材料に価電子制御剤をドーピングすることによって
得られる。作製方法は、前述したi型半導体層の作製方
法と同様の方法が好適に利用できる。また原料として
は、周期律表第IV族の堆積膜を得る場合、p型半導体を
得るための価電子制御剤としては周期律表第III族の元
素を含む化合物が用いられる。第III族の元素として
は、B,Al,Ga,Inが挙げられる。第III族元素
を含む化合物としては、具体的には、BF3,B2H6,
B4H10,B5H9,B5H11,B6H10,B(CH3)3,
B(C2H5)3,B6H12,AlX3,Al(CH3)2C
l,Al(CH3)3,Al(OCH3)2Cl,Al(C
H3)Cl2,Al(C2H5)3,A(OC2H5)3,Al
(CH3)3Cl3,Al(i−C4H9)5,Al(C
3H7)3,Al(OC4H9)3,GaX3,Ga(OC
H3)3,Ga(OC2H5)3,Ga(OC3H7)3,Ga
(CH3)3,Ga2H6,GaH(C2H5)2,Ga(O
C2H5),(C2H5)2,In(CH3)3,In(C3H
7)3,In(C4H9)3などが挙げられる。The p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer are preferably used as the semiconductor material constituting the p-type or n-type semiconductor layer. The semiconductor material constituting the above-mentioned i-type semiconductor layer is doped with a valence electron controlling agent. Obtained by: As the manufacturing method, a method similar to the above-described method for manufacturing the i-type semiconductor layer can be suitably used. When a deposited film of Group IV of the periodic table is obtained as a raw material, a compound containing an element of Group III of the periodic table is used as a valence electron controlling agent for obtaining a p-type semiconductor. Group III elements include B, Al, Ga, and In. Specific examples of the compound containing a group III element include BF 3 , B 2 H 6 ,
B 4 H 10 , B 5 H 9 , B 5 H 11 , B 6 H 10 , B (CH 3 ) 3 ,
B (C 2 H 5 ) 3 , B 6 H 12 , AlX 3 , Al (CH 3 ) 2 C
1, Al (CH 3 ) 3 , Al (OCH 3 ) 2 Cl, Al (C
H 3) Cl 2, Al ( C 2 H 5) 3, A (OC 2 H 5) 3, Al
(CH 3 ) 3 Cl 3 , Al (i-C 4 H 9 ) 5 , Al (C
3 H 7 ) 3 , Al (OC 4 H 9 ) 3 , GaX 3 , Ga (OC
H 3) 3, Ga (OC 2 H 5) 3, Ga (OC 3 H 7) 3, Ga
(CH 3 ) 3 , Ga 2 H 6 , GaH (C 2 H 5 ) 2 , Ga (O
C 2 H 5 ), (C 2 H 5 ) 2 , In (CH 3 ) 3 , In (C 3 H
7 ) 3 , In (C 4 H 9 ) 3 and the like.
【0045】n型半導体を得るための価電子制御剤とし
ては周期律表第V族の元素を含む化合物が用いられる。
第V族の元素としては、P,N,As,Sbが挙げられ
る。第V族の元素を含む化合物としては、具体的には、
NH3HN3,N2H5N3,N2H4,NH4N3,PX3,P
(OCH3)3,P(OC2H5)3,P(C3H7)3,P
(OC4H9)3,P(CH3)3,P(C2H5)3,P(C
3H7)3,P(C4H9)3,P(OCH3)3,P(OC2
H5)3,P(OC3H7)3,P(OC4H9)3,P(SC
N)3,P2H4,PH3,AsH3,AsX3,As(OC
H3)3,As(OC2H5)3,As(OC3H7)3,As
(OC4H9)3,AS(CH3)3,As(CH3)3,A
s(C2H5)3,As(C6H5)3,SbX3,Sb(O
CH3)3,Sb(OC2H5)3,Sb(OC3H7)3,S
b(OC4H9)3,Sb(CH3)3,Sb(C3H7)3,
Sb(C4H9)3などが挙げられる。As a valence electron controlling agent for obtaining an n-type semiconductor, a compound containing an element of Group V of the periodic table is used.
Group V elements include P, N, As, and Sb. As the compound containing a Group V element, specifically,
NH 3 HN 3, N 2 H 5 N 3, N 2 H 4, NH 4 N 3, PX 3, P
(OCH 3 ) 3 , P (OC 2 H 5 ) 3 , P (C 3 H 7 ) 3 , P
(OC 4 H 9 ) 3 , P (CH 3 ) 3 , P (C 2 H 5 ) 3 , P (C
3 H 7 ) 3 , P (C 4 H 9 ) 3 , P (OCH 3 ) 3 , P (OC 2
H 5) 3, P (OC 3 H 7) 3, P (OC 4 H 9) 3, P (SC
N) 3 , P 2 H 4 , PH 3 , AsH 3 , AsX 3 , As (OC
H 3 ) 3 , As (OC 2 H 5 ) 3 , As (OC 3 H 7 ) 3 , As
(OC 4 H 9 ) 3 , AS (CH 3 ) 3 , As (CH 3 ) 3 , A
s (C 2 H 5 ) 3 , As (C 6 H 5 ) 3 , SbX 3 , Sb (O
CH 3 ) 3 , Sb (OC 2 H 5 ) 3 , Sb (OC 3 H 7 ) 3 , S
b (OC 4 H 9 ) 3 , Sb (CH 3 ) 3 , Sb (C 3 H 7 ) 3 ,
Sb (C 4 H 9 ) 3 and the like.
【0046】勿論、これらの原料ガスは1種であっても
よいが、2種またはそれ以上を併用してもよい。Of course, these source gases may be used alone or in combination of two or more.
【0047】前記した原料物質が常温、常圧下で気体状
態である場合にはマスフローコントローラー(以下MF
Cを称す)などによって成膜空間への導入量を制御し、
液体状態である場合には、Ar,Heなどの希ガスまた
は水素ガスをキャリアーガスとして、必要に応じ温度制
御が可能なバブラーを用いてガス化し、また固体状態で
ある場合には、Ar,Heなどの希ガスまたは水素ガス
をキャリアーガスとして加熱昇華炉を用いてガス化し
て、主にキャリアーガス流量と炉温度により導入量を制
御する。When the above-mentioned raw material is in a gaseous state at normal temperature and normal pressure, a mass flow controller (hereinafter MF)
C) to control the amount introduced into the deposition space,
In the case of a liquid state, a rare gas such as Ar or He or a hydrogen gas is used as a carrier gas to gasify using a bubbler whose temperature can be controlled as needed. Such a rare gas or hydrogen gas is used as a carrier gas for gasification using a heating sublimation furnace, and the amount introduced is controlled mainly by the flow rate of the carrier gas and the furnace temperature.
【0048】[0048]
【実施例】非晶質シリコン・ゲルマニウムの薄膜の性質
を調べるために予備試験を行なった後、実施例および比
較例の試験を行なった。まず成膜の手順について説明す
る。図10に示す公知のRF放電プラズマCVD成膜装
置を用いて、以下のようにして非晶質シリコン・ゲマニ
ウム膜を作製した。EXAMPLE A preliminary test was conducted to examine the properties of an amorphous silicon-germanium thin film, and then tests of an example and a comparative example were performed. First, the procedure of film formation will be described. Using a known RF discharge plasma CVD film forming apparatus shown in FIG. 10, an amorphous silicon / germanium film was produced as follows.
【0049】図10において100は反応チャンバー、
101は基板、102はアノード電極、103はカソー
ド電極、104は基板加熱用ヒーター、105は接地用
端子、106はマッチングボックス、107はRF電
源、108は排気管、109は排気ポンプ、110は成
膜ガス導入管、120および122はバルブ、121は
マスフローコントローラーを示す。In FIG. 10, reference numeral 100 denotes a reaction chamber,
101 is a substrate, 102 is an anode electrode, 103 is a cathode electrode, 104 is a heater for heating a substrate, 105 is a grounding terminal, 106 is a matching box, 107 is an RF power supply, 108 is an exhaust pipe, 109 is an exhaust pump, and 110 is a component. Reference numerals 120 and 122 denote valves, and 121 denotes a mass flow controller.
【0050】まず、5cm角の基板101を反応チャン
バー100の中のカソードに取り付け、排気ポンプ10
9により充分排気し、不図示のイオンゲージで反応チャ
ンバー100の中の真空度が10-6Torrとなるよう
にした。次に基板加熱用ヒーター104で基板101を
300℃に加熱した。基板温度が一定になった後、バル
ブ120,122を開け、マスフローコントローラー1
21を制御して不図示のSiH4ガスボンベからSiH4
ガスをガス導入管110を介して反応チャンバー100
の中に導入した。同様にしてマスフローコントローラー
を制御してH2ガス、GeH4ガスを導入した。反応チャ
ンバー100の内圧を1.5Torrに保つように不図
示の圧力コントローラーを調整した後、RF電源107
からパワーを投入し、マッチングボックス106を調整
することにより反射波を最小にしながらプラズマ放電を
60分間行ない、非晶質シリコン・ゲルマニウム膜を堆
積した。ガス供給をやめ反応チャンバー100から試料
を取り出した。First, a 5 cm square substrate 101 was attached to the cathode in the reaction chamber 100, and an exhaust pump 10
The pressure was sufficiently exhausted by 9 and the degree of vacuum in the reaction chamber 100 was adjusted to 10 −6 Torr by an ion gauge (not shown). Next, the substrate 101 was heated to 300 ° C. by the substrate heating heater 104. After the substrate temperature becomes constant, the valves 120 and 122 are opened and the mass flow controller 1
SiH 4 from SiH 4 gas cylinder, not shown and controls the 21
Gas is supplied to the reaction chamber 100 via the gas introduction pipe 110.
Introduced inside. Similarly, a mass flow controller was controlled to introduce H 2 gas and GeH 4 gas. After adjusting a pressure controller (not shown) so as to maintain the internal pressure of the reaction chamber 100 at 1.5 Torr, the RF power supply 107
The plasma discharge was performed for 60 minutes while adjusting the matching box 106 to minimize the reflected wave to deposit an amorphous silicon-germanium film. The gas supply was stopped and the sample was taken out of the reaction chamber 100.
【0051】以上が、本実験で用いられた非晶質シリコ
ン・ゲルマニウムの薄膜堆積の一般的な堆積過程であ
る。金属基板を用いる場合も同様の方法を用いた。The above is the general deposition process of thin film deposition of amorphous silicon / germanium used in this experiment. The same method was used when a metal substrate was used.
【0052】予備試験 この実験ではi層堆積時に導入するGeH4量と膜堆積
速度の関係、導入するGeH4量と成膜された膜のバン
ド・ギャップ・エネルギーの関係を調べた。Preliminary Test In this experiment, the relationship between the amount of GeH 4 introduced during the deposition of the i-layer and the film deposition rate, and the relationship between the amount of GeH 4 introduced and the band gap energy of the formed film were examined.
【0053】まず、i層膜堆積開始時から終了時まで一
定量のSi2H6ガス、H2ガス、GeH4ガスを導入して
ガラス基板上にi層膜に対応するSiGe:H膜のみを
堆積させた試料を作製した。ただし、GeH4量とi層
のバンド・ギャップ・エネルギーの関係を調べるため、
導入するGeH4量の異なる試料を複数種作製した。First, a certain amount of Si 2 H 6 gas, H 2 gas, and GeH 4 gas are introduced from the start to the end of the i-layer film deposition, and only the SiGe: H film corresponding to the i-layer film is placed on the glass substrate. Was prepared. However, in order to investigate the relationship between the amount of GeH 4 and the band gap energy of the i-layer,
A plurality of samples having different amounts of GeH 4 to be introduced were prepared.
【0054】用いたガラス基板は市販の約1mmの厚さ
のコーニング社製7059ガラス板である。導入した原
料ガス量はどの試料もSi2H6 10SCCM,H2
100SCCMとした。そしてGeH4は、1,5,1
0,20SCCMの4種類とした。印加したRF電力は
10W、ガラス基板の温度は350℃、チャンバー内の
圧力は2Torrである。膜堆積時間は、いずれの試料
も1時間とした。The glass substrate used was a commercially available Corning 7059 glass plate having a thickness of about 1 mm. Introducing raw material gas amount All samples Si 2 H 6 10SCCM, H 2
100 SCCM. And GeH 4 is 1,5,1
There were four types, 0 and 20 SCCM. The applied RF power is 10 W, the temperature of the glass substrate is 350 ° C., and the pressure in the chamber is 2 Torr. The film deposition time was 1 hour for each sample.
【0055】作製した試料について各々、以下のように
膜の堆積速度、バンド・ギャップ・エネルギー、膜中の
Geの組成量を測定した。膜の堆積速度は、アルファ・
ステップ(商品名、TENCOR INSTRUMEN
TS社製)を用いてガラス基板上の堆積膜の膜厚を測定
し、その値を膜堆積時間で除して求めた、また、バンド
・ギャップ・エネルギーとはここでは光学的バンド・ギ
ャップ・エネルギーのことを指すが、紫外・可視光域の
吸収率および上記のガラス基板上の堆積膜の膜厚の測定
値を用いて求めた。For each of the prepared samples, the film deposition rate, band gap energy, and Ge composition in the film were measured as follows. The deposition rate of the film
Step (product name, TENCOR INSTRUMENT
(Manufactured by TS Co., Ltd.) was used to measure the film thickness of the deposited film on the glass substrate, and the value was divided by the film deposition time. The band gap energy was defined as the optical band gap energy here. Energy refers to the energy and was determined using the measured values of the absorptance in the ultraviolet and visible light regions and the thickness of the deposited film on the glass substrate.
【0056】以上のように作製した4種類の試料につい
て、GeH4導入量と膜堆積速度の関係、GeH4導入量
とバンド・ギャップ・エネルギーの関係を各々図4およ
び5に示した。FIGS. 4 and 5 show the relationship between the amount of GeH 4 introduced and the film deposition rate and the relationship between the amount of GeH 4 introduced and the band gap energy for the four types of samples prepared as described above.
【0057】その結果、図4より膜堆積速度はGeH4
導入量の増加とともに直線的に増加すること、また図5
よりバンド・ギャップ・エネルギーはGeH4導入量の
増加とともに下に凸に減少することが解った。As a result, FIG. 4 shows that the film deposition rate was GeH 4
It increases linearly with the amount of introduction, and FIG.
It was found that the band gap energy decreases convexly with an increase in the amount of GeH 4 introduced.
【0058】実施例1および比較例1 実施例1では、i型半導体膜形成時に図1に示すGeH
4導入プロファイルとし、比較例1ではGeH4を一定流
量導入し続けて光起電力素子を作製し、素子のエネルギ
ー変換効率を調べた。図1中、Tは総堆積時間であり、
tはGeH4の導入量が最大になる時点を示す。ここで
は、金属基板上にn,i,p層の順にアモルファスS
i:H薄膜をグロー放電法によって堆積しその上に透明
電極、グリッド状金属電極を真空蒸着して光起電力素子
とした。Example 1 and Comparative Example 1 In Example 1, the GeH film shown in FIG.
In Comparative Example 1, a photovoltaic element was manufactured by continuously introducing GeH 4 at a constant flow rate, and the energy conversion efficiency of the element was examined. In FIG. 1, T is the total deposition time,
t indicates the point in time when the amount of GeH 4 introduced is maximized. Here, an amorphous S layer is formed on a metal substrate in the order of n, i, and p layers.
An i: H thin film was deposited by a glow discharge method, and a transparent electrode and a grid-like metal electrode were vacuum-deposited thereon to obtain a photovoltaic element.
【0059】本実施例は特にi層に関するものであるの
で、まず金属基板、n,p層、透明電極(上部電極)、
グリッド状電極(集電電極)について簡単に説明し、そ
の後i層について詳しく説明する。Since the present embodiment particularly relates to an i-layer, first, a metal substrate, n and p layers, a transparent electrode (upper electrode),
The grid electrode (collecting electrode) will be briefly described, and then the i-layer will be described in detail.
【0060】基板としては、厚さ約1mmのステンレス
スチールSUS304を表裏面研磨したものを用いた。As the substrate, a stainless steel SUS304 having a thickness of about 1 mm polished on both sides was used.
【0061】n層薄膜は、Si2H6,H2、PH3/H2
1%希釈ガスを各々10SCCM,300SCCM,1
2SCCM、チャンバー内に導入し、RF電力20Wを
電極間に印加して、圧力1.5Torrで堆積した。n
層の膜厚は200オングストロームとした。The n-layer thin film is made of Si 2 H 6 , H 2 , PH 3 / H 2
1% diluent gas was added at 10 SCCM, 300 SCCM, 1
2SCCM was introduced into the chamber, RF power of 20 W was applied between the electrodes, and deposition was performed at a pressure of 1.5 Torr. n
The thickness of the layer was 200 Å.
【0062】また、p層薄膜は、SiH4,H2,BF3
/H22%希釈ガスを各々5.0SCCM、300SC
CM、5.0SCCM、チャンバー内に導入し、RF電
力150Wを電極間に印加して、圧力1.5Torrで
堆積した。膜厚は100オングストロームとした。The p-layer thin film is made of SiH 4 , H 2 , BF 3
/ H 2 2% dilution gas at 5.0 SCCM and 300 SC respectively
CM, 5.0 SCCM were introduced into the chamber, RF power of 150 W was applied between the electrodes, and deposition was performed at a pressure of 1.5 Torr. The thickness was 100 Å.
【0063】透明電極として酸化インジウム・錫を用い
た。またグリッド状電極としては、Cr,Ag,Crを
順にグリッド状のマスクを用いて真空蒸着した。Indium tin oxide was used as the transparent electrode. As a grid electrode, Cr, Ag, and Cr were sequentially vacuum-deposited using a grid mask.
【0064】次にi層について説明する。i層膜堆積時
に導入するGeH4は、膜堆積開始時の0SCCMから
最大GeH4量まで直線的に増加させ、その後膜堆積終
了時の0SCCMまで直線的に減少させた。Next, the i-layer will be described. GeH 4 introduced during the deposition of the i-layer film linearly increased from 0 SCCM at the start of film deposition to the maximum GeH 4 amount, and then decreased linearly to 0 SCCM at the end of film deposition.
【0065】導入する原料ガス量はSi2H610CC
M,H2100SCCM,最大GeH4導入量は10SC
CMとした。印加したRF電力は10Wである。膜厚は
堆積時間を調節することにより2000オングストロー
ムとした。またGeH4導入量最大となる膜厚方向の位
置は膜堆積時間の2/3のところに設定した。The amount of the source gas to be introduced is Si 2 H 6 10 CC
M, H 2 100SCCM, up GeH 4 introduced amount 10SC
CM. The applied RF power is 10W. The film thickness was set to 2000 angstroms by adjusting the deposition time. The position in the film thickness direction where the amount of GeH 4 introduced was the maximum was set at / of the film deposition time.
【0066】比較例1としては次のi層作製条件を設定
した。すなわち、i層堆積時に導入するGeH4量は膜
堆積開始時から終了まで10SCCMで一定とした。As Comparative Example 1, the following conditions for forming the i-layer were set. That is, the amount of GeH 4 introduced during the i-layer deposition was kept constant at 10 SCCM from the start to the end of the film deposition.
【0067】導入する原料ガス量はSi2H610SCC
M,H2100SCCMとした。印加したRF電力は1
0Wである。膜厚は堆積時間を調節することにより20
00オングストロームとした。膜厚を2000オングス
トロームに揃えた理由は、i層の膜厚が変換効率に影響
し、i層の膜厚の増加とともに変換効率が減少する傾向
があるからである。膜厚を揃えたことによって膜厚の違
いによる変換効率の変化は避けることができる。The amount of source gas to be introduced is Si 2 H 6 10 SCC
M, H 2 100 SCCM. The applied RF power is 1
0W. The film thickness can be controlled by adjusting the deposition time.
00 angstrom. The reason why the film thickness was set to 2000 angstroms is that the film thickness of the i-layer affects the conversion efficiency, and the conversion efficiency tends to decrease as the film thickness of the i-layer increases. By making the film thicknesses uniform, a change in conversion efficiency due to a difference in film thickness can be avoided.
【0068】以上の各々の条件で光起電力素子を作製
し、素子温度を25℃に保ち、AM1.5,100mW
の疑似太陽光を照射して電流・電圧曲線を測定し変換効
率を求めた。A photovoltaic device was manufactured under each of the above conditions, the device temperature was maintained at 25 ° C., and AM 1.5, 100 mW
The current / voltage curve was measured by irradiating the pseudo sunlight of the above to obtain the conversion efficiency.
【0069】その結果、変換効率はGeH4を一定量導
入した方に比して、本発明のGeH4導入プロファイル
によって作製したi層をもつ方が約40%高く、本発明
の効果が示された。[0069] As a result, conversion efficiency as compared to those who predetermined amount introducing GeH 4, persons with i-layer produced by GeH 4 delivery profile of the present invention is about 40% higher, the effect of the present invention is shown Was.
【0070】実施例2 i層のバンド・ギャップ・エネルギーが最小となる膜厚
方向の位置の最適値を求める実験を行なった。Example 2 An experiment was conducted to determine the optimum value of the position in the film thickness direction at which the band gap energy of the i-layer becomes minimum.
【0071】i層の膜厚は変換効率に影響し、i層の膜
厚の増加とともに変換効率が減少する傾向にあるので、
本実験においてはi層のバンド・ギャップ・エネルギー
が最小となる膜厚方向の位置(GeH4供給流量最大位
置)を変化させても膜厚が変化しないように、i層膜の
堆積時間を一定という条件を設定した。これは、以下の
知見に基づくものである。The thickness of the i-layer affects the conversion efficiency, and the conversion efficiency tends to decrease as the thickness of the i-layer increases.
In this experiment, the deposition time of the i-layer film was kept constant so that the film thickness did not change even when the position in the film thickness direction where the band gap energy of the i-layer became minimum (the maximum position of the GeH 4 supply flow rate) was changed. Was set. This is based on the following findings.
【0072】予備試験によりSi2H6ガス導入量一定の
ときi層膜の堆積速度はGeH4ガス導入量に比例して
増加することが解った(図4)。A preliminary test showed that the deposition rate of the i-layer film increased in proportion to the GeH 4 gas introduction when the Si 2 H 6 gas introduction was constant (FIG. 4).
【0073】この結果より、GeH4ガス導入量を膜堆
積開始時の0SCCMから膜堆積時間とともに直線的に
一旦最大GeH4導入量まで増加させその後直線的に膜
堆積終了時の0SCCMまで減少させる場合、i層の膜
厚は膜の堆積時間を底辺とし、最大GeH4導入量を高
さとする三角形の面積になる。よって最大GeH4導入
量とi層の膜堆積時間を一定とすれば、例え最大GeH
4量となるi層膜堆積開始からの時間、即ちi層のバン
ド・ギャップ・エネルギーの最小となる位置を膜厚方向
のどこに設定しても、i層の膜厚を一定とすることがで
きる。そのため、i層の膜厚が変換効率に与える影響を
除いた上で、i層のバンド・ギャップ・エネルギーの最
小となる膜厚方向の位置の最適値を求めることができ
る。From these results, it is found that the GeH 4 gas introduction amount is linearly increased from 0 SCCM at the start of film deposition to the maximum GeH 4 introduction amount with the film deposition time, and then linearly decreased to 0 SCCM at the end of film deposition. , I-layer has a triangular area with the deposition time of the film as the base and the maximum GeH 4 introduction amount as the height. Therefore, if the maximum GeH 4 introduction amount and the film deposition time of the i-layer are fixed, even if the maximum GeH 4
The thickness of the i-layer can be kept constant regardless of the time from the start of the i-layer film deposition of four quantities, that is, the position where the band gap energy of the i-layer is minimized in the film thickness direction. . Therefore, the optimum value of the position in the film thickness direction at which the band gap energy of the i layer is minimized can be obtained after removing the influence of the film thickness of the i layer on the conversion efficiency.
【0074】実験は上記の知見を考慮し以下の条件で行
なわれた。The experiment was conducted under the following conditions in consideration of the above findings.
【0075】導入する原料ガス量はSi2H610SCC
M,H2100SCCM,最大GeH4導入量を10SC
CMとした。印加したRF電力は10Wである。i層膜
の堆積時間は一定とし、最大GeH4導入量となるi層
膜堆積開始からの時間tの異なるi層膜をもつ光起電力
素子を複数種作製した。装置は実施例1と同じものを用
いた。The amount of source gas introduced is Si 2 H 6 10 SCC
M, H 2 100SCCM, up GeH 4 introduced amount 10SC
CM. The applied RF power is 10W. The deposition time of the i-layer film was fixed, and a plurality of types of photovoltaic devices having i-layer films having different times t from the start of the i-layer film deposition at which the maximum amount of GeH 4 was introduced were produced. The same apparatus as in Example 1 was used.
【0076】以上のように作製した光起電力素子の各々
について実施例1と同様の条件で変換効率を測定した。
図2は横軸にtをi層の総堆積時間Tで除した値(t/
T)、縦軸に変換効率をとりデータをプロットしたもの
である。ただし変換効率は、t/Tが0.78である素
子の変換効率の値を1として相対値をプロットした。結
果としてt/Tが0.73から0.78に増加するとと
もに変換効率は一旦増加して約0.77のとき最大とな
り、その後横軸の値が0.77から1.00に増加する
とともに減少することが解った。The conversion efficiency of each of the photovoltaic elements manufactured as described above was measured under the same conditions as in Example 1.
FIG. 2 shows a value (t / t) obtained by dividing t by the total deposition time T of the i-layer on the horizontal axis.
T), the conversion efficiency is plotted on the vertical axis, and the data is plotted. Here, the conversion efficiency is plotted as a relative value with the conversion efficiency value of an element having a t / T of 0.78 as 1. As a result, as t / T increases from 0.73 to 0.78, the conversion efficiency increases once and reaches a maximum at about 0.77, and then the value on the horizontal axis increases from 0.77 to 1.00. It was found to decrease.
【0077】すなわちi層膜中のバンド・ギャップ・エ
ネルギーが最小となる膜厚方向の位置の最適値はi層膜
の総堆積時間を1とすると堆積開始から0.75から
0.80のときであることが解った。That is, the optimal value of the position in the film thickness direction where the band gap energy in the i-layer film becomes minimum is 0.75 to 0.80 from the start of the deposition, when the total deposition time of the i-layer film is 1. It turned out that.
【0078】実施例3 本実施例はi型半導体層以外は実施例1と同様に光起電
力素子を作製しその変換効率を測定比較した。金属基
板、n,p層、透明電極、グリッド状基板のそれぞれの
材質、作製条件は実施例1と同様であり、i層の作製条
件は次のとおりとした。Example 3 In this example, a photovoltaic element was produced in the same manner as in Example 1 except for the i-type semiconductor layer, and the conversion efficiency was measured and compared. The materials and manufacturing conditions of the metal substrate, the n- and p-layers, the transparent electrode, and the grid-shaped substrate were the same as in Example 1, and the manufacturing conditions of the i-layer were as follows.
【0079】本実験例においてはバンド・ギャップ・エ
ネルギーの最適値、すなわち導入する最大GeH4量の
最適値を求める実験を行なった。In this experimental example, an experiment was performed to determine the optimum value of the band gap energy, that is, the optimum value of the maximum amount of GeH 4 to be introduced.
【0080】本実施例においてもi層の膜厚の変化によ
って変換効率が変化することを避ける目的で次のような
手順で作製条件を設定した。In the present embodiment, the manufacturing conditions were set in the following procedure in order to avoid a change in the conversion efficiency due to a change in the thickness of the i-layer.
【0081】まず、i層の膜厚を2000オングストロ
ームに設定し導入する原料ガス量はSi2H610SCC
M,H2100SCCM,最大GeH4導入量はそれぞれ
1.5,10および20SCCMとした。各最大GeH
4導入量に対応するi層堆積膜速度を図4から求めた。
この値をもとに設定した膜厚となるように各々のi層の
膜堆積時間を決定した。First, the thickness of the i-layer was set to 2000 Å, and the amount of source gas to be introduced was Si 2 H 6 10SCC.
M, H 2 100 SCCM, and the maximum GeH 4 introduction amounts were 1.5, 10 and 20 SCCM, respectively. Each maximum GeH
4 The i-layer deposition film speed corresponding to the introduced amount was determined from FIG.
The film deposition time of each i-layer was determined so that the film thickness was set based on this value.
【0082】以上のようにi層の膜堆積時間を各々の最
大GeH4導入量に適した長さとすることによってi層
の膜厚は一定に保たれ、i層の膜厚の影響を受けずに最
大GeH4導入量の最適値を求めることができる。As described above, the film thickness of the i-layer is kept constant by setting the film deposition time of the i-layer to a length suitable for each maximum GeH 4 introduction amount, and the i-layer is not affected by the thickness of the i-layer. The optimum value of the maximum GeH 4 introduction amount can be obtained.
【0083】また本実験例においてバンド・ギャップ・
エネルギーが最小となる膜厚方向の位置は実施例2の結
果を考慮しi層の膜堆積時間を1として膜堆積開始から
0.78となるように各々の膜堆積時間に対してそれぞ
れ決定した。印加したRF電力は10Wである。In this experimental example, the band gap
In consideration of the results of Example 2, the position in the film thickness direction where the energy becomes minimum was determined for each film deposition time so that the film deposition time of the i-layer was set to 0.7 and 0.78 from the start of film deposition. . The applied RF power is 10W.
【0084】以上のように作製した光起電力素子の各々
について変換効率を測定した。また、各々のバンド・ギ
ャップ・エネルギーおよびi層膜中のGeの組成比は最
大GeH4導入量に対応する値を求めた。The conversion efficiency was measured for each of the photovoltaic elements manufactured as described above. The values corresponding to the maximum GeH 4 introduction amount were determined for each band gap energy and the Ge composition ratio in the i-layer film.
【0085】図3は横軸にバンド・ギャップ・エネルギ
ーを、縦軸に変換効率をとり測定データをプロットした
ものである。ただし変換効率は最大GeH4供給時に堆
積された部分のバンド・ギャップ・エネルギーが1.4
2eVだった素子の変換効率を1として相対値で表し
た。この図より最大GeH4供給時のバンド・ギャップ
・エネルギーが約1.3eVから1.4eVの領域では
変換効率はほぼ一定値であること。また、約1.4eV
から約1.7eVの領域では最大GeH4供給時のバン
ド・ギャップ・エネルギーの増加とともに変換効率が減
少する傾向が見られる。FIG. 3 is a graph in which the band gap energy is plotted on the horizontal axis and the conversion efficiency is plotted on the vertical axis, and the measured data is plotted. However, the conversion efficiency is such that the band gap energy of the portion deposited when the maximum GeH 4 is supplied is 1.4.
The conversion efficiency of the element which was 2 eV was expressed as a relative value assuming that it was 1. From this figure, it is found that the conversion efficiency is almost constant in the band gap energy range of about 1.3 eV to 1.4 eV when the maximum GeH 4 is supplied. Also, about 1.4 eV
In the region from about 1.7 eV to about 1.7 eV, there is a tendency that the conversion efficiency decreases as the band gap energy increases when the maximum GeH 4 is supplied.
【0086】以上の結果より上記バンド・ギャップ・エ
ネルギーの最適値は1.3eVから1.4eVであるこ
とが解った。From the above results, it was found that the optimum value of the band gap energy was from 1.3 eV to 1.4 eV.
【0087】[0087]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば光
変換効率が高く、かつ原料ガスが比較的少なくて済む光
起電力素子が得られる。As described above, according to the present invention, a photovoltaic device having a high light conversion efficiency and requiring a relatively small amount of source gas can be obtained.
【図1】本発明の方法におけるゲルマニウム含有ガスの
導入方法を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing a method for introducing a germanium-containing gas in a method of the present invention.
【図2】本発明の方法におけるゲルマニウム含有ガスの
最大導入時点を表す相対時間と製造された光起電力素子
の変換効率との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a relative time indicating a maximum introduction point of a germanium-containing gas and a conversion efficiency of a manufactured photovoltaic device in the method of the present invention.
【図3】本発明の方法における、ゲルマニウム含有ガス
の最大導入時に堆積された部分のバンドギャップエネル
ギーと製造された光起電力素子の変換効率との関係を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the band gap energy of a portion deposited at the maximum introduction of a germanium-containing gas and the conversion efficiency of a manufactured photovoltaic device in the method of the present invention.
【図4】予備試験における、ゲルマニウム含有ガス導入
量と膜堆積速度との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a germanium-containing gas introduction amount and a film deposition rate in a preliminary test.
【図5】予備試験におけるゲルマニウム含有ガス導入量
と堆積された膜のバンド・ギャップ・エネルギーとの関
係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a germanium-containing gas introduction amount and a band gap energy of a deposited film in a preliminary test.
【図6】本発明の方法により製造される光起電力素子の
一例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing an example of a photovoltaic device manufactured by the method of the present invention.
【図7】本発明の方法により製造される光起電力素子の
一例を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic view showing an example of a photovoltaic device manufactured by the method of the present invention.
【図8】本発明の方法により製造される光起電力素子の
一例を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic view showing an example of a photovoltaic device manufactured by the method of the present invention.
【図9】本発明の方法により製造される光起電力素子の
一例を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic view showing an example of a photovoltaic element manufactured by the method of the present invention.
【図10】実施例で用いた堆積膜形成装置の概略を示す
模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing an outline of a deposited film forming apparatus used in an example.
1,101 基板 2 下部電極 3,13,23 n型半導体層 4,14,24 i型半導体層 5,15,25 p型半導体層 6 上部電極 7 集電電極 10,11,12 単位素子 100 反応チャンバー 102 アノード電極 103 カソード電極 104 基板加熱用ヒーター 105 接地用端子 106 マッチングボックス 107 RF電源 108 排気管 109 排気ポンプ 110 成膜ガス導入管 120 バルブ 121 マスフローコントローラー 122 バルブ Reference Signs List 1,101 substrate 2 lower electrode 3,13,23 n-type semiconductor layer 4,14,24 i-type semiconductor layer 5,15,25 p-type semiconductor layer 6 upper electrode 7 collector electrode 10,11,12 unit element 100 reaction Chamber 102 Anode electrode 103 Cathode electrode 104 Heater for substrate heating 105 Grounding terminal 106 Matching box 107 RF power supply 108 Exhaust pipe 109 Exhaust pump 110 Deposition gas introduction pipe 120 Valve 121 Mass flow controller 122 Valve
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 高一 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 山下 敏裕 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64−71182(JP,A) 特開 平3−208376(JP,A) 特開 平4−44366(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Koichi Matsuda 3- 30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Toshihiro Yamashita 3- 30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo (56) References JP-A-64-71182 (JP, A) JP-A-3-208376 (JP, A) JP-A-4-44366 (JP, A) (58) Fields studied (Int .Cl. 7 , DB name) H01L 31/04
Claims (3)
一組のp,i,n型半導体が堆積され、i型半導体膜は
非晶質シリコン・ゲルマニウムであり、i型半導体膜中
でゲルマニウムの含有量が膜厚方向に変化することによ
ってバンド・ギャップ・エネルギーが膜厚方向に一旦単
調に減少し再び単調に増加する構造を有する光起電力素
子の製造方法であって、i型半導体膜を堆積する工程に
おいて、ゲルマニウムを含有する原料ガスの供給量をま
ず0から時間に対して直線的に増加させ、i型半導体膜
の堆積開始から終了までの総堆積時間の0.75以上
0.8以下の時点で所定の流量とし、該所定の流量に達
した時点からは該供給流量を時間に対して直線的に0ま
で減少させる光起電力素子の製造方法。At least one set of p, i, n-type semiconductors is deposited on a substrate having a conductive surface, wherein the i-type semiconductor film is amorphous silicon-germanium, and the i-type semiconductor film includes germanium. A method for manufacturing a photovoltaic device having a structure in which the band gap energy is once monotonically reduced in the film thickness direction and then monotonically increased by changing the content in the film thickness direction. in the step of depositing, linearly increased with respect between at first 0 or al the supply amount of the raw material gas containing germanium, i-type semiconductor film
0.75 or more of the total deposition time from the start to the end of
A method for manufacturing a photovoltaic element , wherein a predetermined flow rate is set at a time point equal to or less than 0.8, and the supply flow rate is linearly reduced to 0 with respect to time from the time point when the predetermined flow rate is reached.
膜のバンド・ギャップ・エネルギーを1.3eV以上
1.4eV以下にする請求項1記載の光起電力素子の製
造方法。2. Depositing when said predetermined flow rate is reached
The band gap energy of the film is 1.3 eV or more
2. The photovoltaic device according to claim 1, wherein the voltage is 1.4 eV or less .
Construction method.
体膜、i型半導体膜、p型半導体膜の順に堆積する請求
項1又は2記載の光起電力素子の製造方法。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said p, i, n-type semiconductor film is an n-type semiconductor film.
Claim for depositing a body film, an i-type semiconductor film, and a p-type semiconductor film in this order
Item 3. The method for producing a photovoltaic device according to Item 1 or 2.
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JP3138559A JP3046644B2 (en) | 1991-05-15 | 1991-05-15 | Method for manufacturing photovoltaic element |
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JPH04338679A JPH04338679A (en) | 1992-11-25 |
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