JP4717122B2 - Method for manufacturing thin film solar cell - Google Patents
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Description
この発明は、バンドギャップの異なる光電変換層を複数段含む積層構造を有する薄膜太陽電池の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film solar cell having a laminated structure including a plurality of photoelectric conversion layers having different band gaps.
近年、太陽電池の低コスト化に向け、薄膜系の太陽電池の開発が行なわれている。中でも薄膜シリコン太陽電池は資源面での問題がなく、材料の環境に及ぼす影響が小さいことから、精力的に開発が行なわれている。一般的に薄膜シリコン太陽電池の光電変換効率は、多結晶シリコン太陽電池の光電変換効率より低いために、薄膜シリコン太陽電池の効率改善が課題となっている。 In recent years, thin-film solar cells have been developed to reduce the cost of solar cells. In particular, thin-film silicon solar cells have been developed vigorously because they have no problems in terms of resources and have little influence on the environment of materials. Generally, since the photoelectric conversion efficiency of a thin film silicon solar cell is lower than the photoelectric conversion efficiency of a polycrystalline silicon solar cell, the improvement of the efficiency of a thin film silicon solar cell has been an issue.
薄膜シリコン太陽電池の効率改善のためには、2種類以上の太陽電池を直列に多接合することが有効であり、アモルファスシリコン(以下、a−Siと表記する)セルと微結晶シリコン(以下、μc−Siと表記する)セル、a−SiセルとアモルファスSiGe(以下、a−SiGeと表記する)などを直列接合した多接合型薄膜シリコン太陽電池が開発されている。 In order to improve the efficiency of a thin-film silicon solar cell, it is effective to multi-junction two or more types of solar cells in series, and an amorphous silicon (hereinafter abbreviated as a-Si) cell and microcrystalline silicon (hereinafter, A multi-junction thin-film silicon solar cell in which a cell, expressed as μc-Si), an a-Si cell, and amorphous SiGe (hereinafter, expressed as a-SiGe) are connected in series has been developed.
また、これらの多接合型薄膜シリコン太陽電池のさらなる効率改善にむけ、透光性絶縁基板上に積層して形成された第1の光電変換層と第2の光電変換層の間に、光を反射させて第1の光電変換層の発電電流を増大させ、光電変換効率を高める効果のある中間層を設ける構造の多接合型薄膜シリコン太陽電池の開発も行なわれている。この中間層としては、透明導電膜が用いられており、従来ではZnO系の膜が用いられていたが、近年ではSiOx系の透明導電膜が用いられるようになってきている(たとえば、特許文献1,2参照)。 In order to further improve the efficiency of these multi-junction thin-film silicon solar cells, light is transmitted between the first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer formed by being laminated on the light-transmitting insulating substrate. Development of a multi-junction thin-film silicon solar cell having a structure in which an intermediate layer having an effect of increasing the generated current of the first photoelectric conversion layer and increasing the photoelectric conversion efficiency is provided. As this intermediate layer, a transparent conductive film is used. Conventionally, a ZnO-based film has been used, but in recent years, a SiO x- based transparent conductive film has been used (for example, a patent) References 1 and 2).
特許文献1,2に記載の薄膜太陽電池で用いられる中間層としてのSiOx膜は、シリコンと酸素のアモルファス合金母相中に分散したシリコン結晶相を含んだシリコン複合相の形態をとっている。そして、このSiOx膜は、膜厚方向には太陽電池の動作を妨げない程度の電気伝導度を有するが、膜面内方向の電気伝導度は極めて小さく、集積型の薄膜太陽電池をモジュール化した場合に、膜面内方向に流れる電流による効率の低下を抑制できるという特徴を有している。
The SiO x film as an intermediate layer used in the thin film solar cell described in
上述した特許文献1に記載の薄膜太陽電池の製造方法では、中間層であるSiOx膜はCO2/SiH4ガスを用いたプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法で成膜されているが、CO2によって光電変換層が汚染されてしまう。このCO2の汚染による光電変換層の特性劣化を防ぐためには、第1および第2の光電変換層を構成する膜を成膜するためのプラズマCVD装置とは別に、SiOx膜を成膜するためのプラズマCVD装置が別途必要となり、装置コストが高くなってしまうという問題点があった。 In the method of manufacturing a thin-film solar cell described in Patent Document 1 described above, the SiO x film as an intermediate layer is formed by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method using CO 2 / SiH 4 gas. 2 will contaminate the photoelectric conversion layer. In order to prevent the deterioration of the characteristics of the photoelectric conversion layer due to the CO 2 contamination, a SiO x film is formed separately from the plasma CVD apparatus for forming the films constituting the first and second photoelectric conversion layers. Therefore, there is a problem that a plasma CVD apparatus is required separately, and the apparatus cost is increased.
また、特許文献2に記載の薄膜太陽電池の製造方法では、プラズマCVD法で第1の光電変換層のn層であるSiOx膜を形成した後、大気中で暴露することによって、SiOx膜を形成している。しかし、第1の光電変換層のn層にSiOx膜を用いる場合には、通常用いられるa−Siやμc−Siのn層を用いた場合と比較して、n層の抵抗が大きくなるため、太陽電池として動作させた際の動作点での電流が小さくなり光電変換効率の低下を引き起こしてしまうという問題点があった。
In addition, in the method for manufacturing a thin-film solar cell described in
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、pin接合を有する光電変換層が複数積層され、少なくとも1層のSiOx膜からなる中間層が光電変換層間に挿入された薄膜太陽電池の製造方法において、従来に比して薄膜太陽電池の製造コストを抑えるとともに、中間層の下に形成される光電変換層の光電変換効率の低下を引き起こさない薄膜太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a method of manufacturing a thin film solar cell in which a plurality of photoelectric conversion layers having pin junctions are stacked and an intermediate layer made of at least one SiO x film is inserted between the photoelectric conversion layers The purpose of the present invention is to obtain a method for producing a thin-film solar cell that suppresses the production cost of the thin-film solar cell as compared with the conventional method and does not cause a decrease in photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion layer formed under the intermediate layer. .
上記目的を達成するため、この発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法は、透光性の基板上に、透明導電性材料からなる第1の電極層を形成する第1の工程と、前記第1の電極層上に、シリコンを含む半導体材料からなる第1の導電型の半導体層、真性半導体層および第2の導電型の半導体層を順に積層した第1の光電変換層を形成する第2の工程と、前記第2の導電型の半導体層上に、第2の導電型の微結晶シリコンとアモルファスシリコンとが混在する複合層を形成する第3の工程と、酸素ガスを含むプラズマを前記複合層に照射して、微結晶シリコンとアモルファス酸化シリコンとが混在する中間層を形成する第4の工程と、前記中間層上に、前記第1の光電変換層よりもバンドギャップの小さいシリコンを含む半導体材料からなる第1の導電型の半導体層、真性半導体層および第2の導電型の半導体層を順に積層した第2の光電変換層を形成する第5の工程と、前記第2の光電変換層上に導電性材料からなる第2の電極層を形成する第6の工程と、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thin-film solar cell according to the present invention includes a first step of forming a first electrode layer made of a transparent conductive material on a light-transmitting substrate, and the first step. Forming a first photoelectric conversion layer in which a first conductive type semiconductor layer made of a semiconductor material containing silicon, an intrinsic semiconductor layer, and a second conductive type semiconductor layer are sequentially stacked on the electrode layer; A step of forming a composite layer in which microcrystalline silicon and amorphous silicon of the second conductivity type are mixed on the semiconductor layer of the second conductivity type, and a plasma containing oxygen gas in the composite A fourth step of irradiating the layer to form an intermediate layer in which microcrystalline silicon and amorphous silicon oxide are mixed, and silicon having a band gap smaller than that of the first photoelectric conversion layer is included on the intermediate layer 1st made of semiconductor material A fifth step of forming a second photoelectric conversion layer in which a conductive semiconductor layer, an intrinsic semiconductor layer, and a second conductive type semiconductor layer are sequentially stacked; and a conductive material on the second photoelectric conversion layer And a sixth step of forming a second electrode layer.
この発明によれば、複数の光電変換層と1層以上の中間層が積層された薄膜太陽電池の製造方法において、光電変換効率を改善するために設ける中間層を、第1の光電変換層の第2の半導体層の成膜後に、連続的に微結晶シリコンとアモルファスシリコンを含む複合膜を成膜する。その後、大気中で酸素を含むプラズマを照射してシリコンおよびシリコン酸化物からなる中間層を形成する。大気中で酸素プラズマ照射処理するので、中間層を成膜するための専用のプラズマCVD装置で中間層を成膜した場合と比較して、製造コストを低減することができるととともに、第1の光電変換層がCO2によって汚染される虞がない。また、第1の光電変換層の第2の導電型の半導体層はa−Siやμc−Siのn層などの半導体を用いたので、製造された薄膜太陽電池の光電変換効率は、第2の導電型の半導体層にシリコン酸化物を用いた場合に比較して向上させることができるという効果を有する。 According to the present invention, in the method for manufacturing a thin-film solar cell in which a plurality of photoelectric conversion layers and one or more intermediate layers are stacked, the intermediate layer provided to improve the photoelectric conversion efficiency is provided on the first photoelectric conversion layer. After the formation of the second semiconductor layer, a composite film containing microcrystalline silicon and amorphous silicon is continuously formed. Thereafter, an intermediate layer made of silicon and silicon oxide is formed by irradiation with plasma containing oxygen in the atmosphere. Since the oxygen plasma irradiation treatment is performed in the atmosphere, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the intermediate layer is formed with a dedicated plasma CVD apparatus for forming the intermediate layer, and the first There is no possibility that the photoelectric conversion layer is contaminated by CO 2 . In addition, since the semiconductor layer of the second conductivity type of the first photoelectric conversion layer uses a semiconductor such as an n-layer of a-Si or μc-Si, the photoelectric conversion efficiency of the manufactured thin film solar cell is As compared with the case where silicon oxide is used for the conductive type semiconductor layer, the effect can be improved.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる薄膜太陽電池の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。 Embodiments of a method for manufacturing a thin-film solar cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Moreover, the cross-sectional views of the thin film solar cell used in the following embodiments are schematic, and the relationship between the thickness and width of the layers, the ratio of the thicknesses of the layers, and the like are different from the actual ones.
最初に、この実施の形態によって製造される薄膜太陽電池の構成の概要について説明する。図1は、一般的な薄膜太陽電池の構成の一例を模式的に示す一部断面図である。薄膜太陽電池1は、絶縁透光性基板2上に、表面電極層11、第1の光電変換層13、中間層14、第2の光電変換層15、および裏面電極層16が順に積層された光電変換素子によって形成される。第1の光電変換層13と第2の光電変換層15は中間層14を介して直列に接続された構成となっている。この薄膜太陽電池1において、光入射側の面、この例では絶縁透光性基板2側の面を表面といい、表面とは反対側の面、この例では裏面電極層16が形成される側の面を裏面という。
Initially, the outline | summary of a structure of the thin film solar cell manufactured by this embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a general thin film solar cell. In the thin-film solar cell 1, a
絶縁透光性基板2は、高光透過率のガラス基板やポリイミドなどの透光性の有機フィルム材料などからなる。また、表面電極層11は、SnO2、またはAl,GaもしくはBがドープされたZnO、あるいはこれらの積層膜などの透明導電性酸化物材料によって構成される。
The insulating light-transmitting
第1の光電変換層13は、p型半導体層131、i型半導体層132、n型半導体層133が順に積層されたpin構造を有する半導体層によって構成される。また、第2の光電変換層15は、p型半導体層151、i型半導体層152、n型半導体層153が順に積層されたpin構造を有し、第1の光電変換層13よりもバンドギャップの狭い半導体層によって構成される。
The first
ここで、第1および第2の光電変換層13,15には、a−Si,μc−Si,a−SiGeなどのシリコンを含む半導体材料、またはこれらの半導体材料の混合物などを用いることができる。ただし、用いられる半導体材料は絶縁透光性基板2側から上に積層されるものほどバンドギャップが狭くなるように半導体材料を選択し、積層していく必要がある。ここでは、第1の光電変換層13のi型半導体層132はa−Siで形成され、第2の光電変換層15のi型半導体層152はμc−Siで形成される場合を示す。
Here, for the first and second
中間層14は、n型の微結晶シリコン(μc−Si)とアモルファス酸化シリコンとからなる膜である。この中間層14は、第1の光電変換層13側から入射した光の一部を、第1の光電変換層13側に反射させるとともに、残りの光を後方の第2の光電変換層15側に透過させる。より具体的には、中間層14は、第1の光電変換層13側から入射した光のうち、第1の光電変換層13で吸収可能な波長範囲の光を第1の光電変換層13側に反射させ、その他の波長範囲の光を第2の光電変換層15側に透過させる機能を有することが望ましい。このような中間層14を設けることによって、第1の光電変換層13の実効的な膜厚を増加させることができる。また、この中間層14は、膜厚方向には太陽電池の動作を妨げない程度の電気伝導度を有し、膜面内方向には極めて小さい電気伝導度を有している。なお、以下では、第1の光電変換層13、中間層14および第2の光電変換層15からなる積層体を、光電変換積層体12という。
The
裏面電極層16は、導電率が高くかつ反射率の高い材料が望ましい。ここでは、第2の光電変換層15上に形成されるAl,GaまたはBがドープされたZnOなどの裏面透明導電性膜161と、Ag,Al、もしくはAg上にAlを積層した膜、またはAgもしくはAl上にTiもしくはTiNを積層した裏面導電性膜162との積層膜によって構成される場合を示している。なお、これは一例であり、裏面電極層16をAgやAlなどの金属膜一層のみで構成してもよい。この裏面電極層16は、光電変換積層体12で発電された光電流を収集するとともに、第2の光電変換層15で吸収され難い波長の光を第2の光電変換層15側に反射させる機能も有する。
The
なお、この例では、2層の光電変換層を積層した場合を説明しているが、積層される光電変換層は3層以上の多層であってもよい。ただし、この場合には、上述したように絶縁透光性基板2から上に向かうにつれてバンドギャップが狭くなる半導体材料が選択される。また、この例では、各光電変換層は、絶縁透光性基板2側から、p型半導体層、i型半導体層およびn型半導体層が順に積層された構造を有するが、絶縁透光性基板2側から、n型半導体層、i型半導体層およびp型半導体層が順に積層された構造のものであってもよい。
In this example, the case where two photoelectric conversion layers are stacked is described, but the stacked photoelectric conversion layers may be a multilayer of three or more layers. However, in this case, as described above, a semiconductor material whose band gap becomes narrower as it goes upward from the insulating
ここで、このような構造の薄膜太陽電池1における動作の概略について説明する。絶縁透光性基板2側(光電変換積層体12が形成されていない方の面)から太陽光が入射すると、第1と第2の光電変換層13,15のi型半導体層132,152で自由キャリアが生成される。生成された自由キャリアは、第1と第2の光電変換層13,15のp型半導体層131,151とn型半導体層133,153によって形成される内蔵電界によって、電子は裏面電極層16側に輸送され、ホールは表面電極層11側に輸送され、電流が発生する。そして、表面電極層11と裏面電極層16に接続された端子から電流が外部に取り出される。
Here, an outline of the operation in the thin film solar cell 1 having such a structure will be described. When sunlight enters from the insulating
つぎに、上記した構造を有する薄膜太陽電池1の製造方法について説明する。図2−1〜図2−5は、この発明の実施の形態による薄膜太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す断面図であり、図3は、複合層にプラズマ処理を施して中間層を形成する状態を模式的に示す図である。 Below, the manufacturing method of the thin film solar cell 1 which has the above-mentioned structure is demonstrated. FIGS. 2-1 to 2-5 are cross-sectional views schematically showing an example of a method for manufacturing a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 shows an intermediate layer obtained by subjecting a composite layer to plasma treatment. It is a figure which shows typically the state which forms.
まず、図2−1に示されるように、ガラス基板などの絶縁透光性基板2上にCVD法やスパッタ法などの成膜法で透明導電性材料からなる表面電極層11を形成する。この表面電極層11は、SnO2、またはAl,GaもしくはBがドープされたZnO、あるいはこれらの積層膜によって形成され、膜厚はたとえば0.3〜2μmである。
First, as shown in FIG. 2A, a
ついで、図2−2に示されるように、表面電極層11上にプラズマCVD法を用いて第1の光電変換層13を形成する。具体的には、まず、プラズマCVD法によって、たとえばSiH4ガスとH2ガスとB2H6ガスを成膜室内に導入し、アモルファスのシリコン膜が堆積する条件下で、p型半導体層131を表面電極層11上の全面に形成する。ここで、B2H6ガスは、半導体層をp型化するドーパント材料であるBを膜中に供給するための原料ガスである。ついで、プラズマCVD法によって、成膜室内にたとえばSiH4ガスとH2ガスを導入し、アモルファスのシリコン膜が堆積する条件下で、i型半導体層132をp型半導体層131上の全面に形成する。このとき、i型半導体層132は、真性半導体である必要があるためにドーピングガスの導入を行わない。
Next, as shown in FIG. 2B, the first
さらに、i型半導体層132上に、プラズマCVD法によって、たとえばSiH4ガスとH2ガスとPH3ガスを成膜室内に導入し、微結晶のシリコン膜が堆積する条件下で、n型半導体層133をi型半導体層132上の全面に形成する。ここで、PH3ガスは、半導体層をn型化するドーパント材料であるPを膜中に供給するための原料ガスである。以上によって、第1の光電変換層13が形成される。なお、p型半導体層131、i型半導体層132およびn型半導体層133は、ドーピングガスであるB2H6ガスとPH3ガスの相互汚染を防止するために、通常、ガスが混在しないようにそれぞれ異なる独立した成膜室(CVD装置)で連続的に成膜される。
Further, on the i-
ついで、図2−3に示されるように、第1の光電変換層13のn型半導体層133上に、中間層14の基となるμc−Siとa−Siからなる微結晶−アモルファスシリコン複合層(以下、単に複合層という)14Aを、n型半導体層133と同じ成膜室内で形成する。この複合層14Aは、第1のn型半導体層133と同様に、たとえばSiH4ガスとH2ガスとPH3ガスを成膜室内に導入することによって形成される。この複合層14Aでは、導電性を確保するためにn型化する必要があるので、ドーパント材料であるPを膜中に供給するための原料ガスであるPH3ガスも導入されている。
Next, as shown in FIG. 2C, on the n-
この複合層14Aを形成するための材料ガスとドーパントガスは、第1の光電変換層13のn型半導体層133と同じであるために、n型半導体層133の成膜を行なう成膜室(CVD装置)と同一の成膜室(CVD装置)で連続的に成膜することが可能である。ただし、複合層14Aは、最終的に大気中プラズマ処理によって酸化させた後でも膜厚方向に良好な導電性を確保するために、n型半導体層133を形成する微結晶シリコン膜よりも結晶性を高くする。具体的には、ラマン散乱にて測定される作製した複合層14Aによる散乱スペクトル中のa−Siに起因する480cm-1の散乱ピークの強度Iaに対するμc−Siに起因する520cm-1の散乱ピークの強度Icの比(結晶化率)Ic/Iaを、n型半導体層133のIc/Ia=5よりも高いIc/Ia>8とする。
Since the material gas and the dopant gas for forming the
この結晶化率は、プラズマCVD装置への投入電力を変えたり、導入する原料ガスの比率を変えたりすることで変えることができる。たとえば、n型半導体層133の成膜時のプラズマCVD装置への投入電力をたとえば200Wとすると、複合層14Aの成膜時の投入電力をより高い500Wで成膜することで、上記の結晶化率Ic/Ia>8を有する複合層14Aを形成することができる。また、n型半導体層133の成膜時に、原料ガスの流量比H2/SiH4で50倍以下となるようにH2を導入している場合には、複合層14Aの成膜時に導入するH2ガスは、原料ガスの流量比H2/SiH4が80倍以上となるようにH2ガスを導入することで、上記の結晶化率Ic/Ia>8を有する複合層14Aを形成することができる。
This crystallization rate can be changed by changing the input power to the plasma CVD apparatus or changing the ratio of the raw material gas to be introduced. For example, assuming that the input power to the plasma CVD apparatus at the time of forming the n-
その後、図2−4に示されるように、複合層14Aを大気中プラズマ処理によって酸化し、n型の微結晶シリコンとアモルファス酸化シリコンとを含む中間層14を形成する。図3は、複合層にプラズマ処理を施して中間層を形成する状態を模式的に示す図である。この図に示されるように、複合層14Aを形成した絶縁透光性基板2の上方に、絶縁透光性基板2と同じ幅を有し、酸素を含むガス41をプラズマ化して絶縁透光性基板2上に照射するプラズマ照射ノズル31が配置されている。このプラズマ照射ノズル31に導入されるガス41としては、酸素、酸素とアルゴンの混合ガスまたは酸素と窒素の混合ガスを用いることができる。
Thereafter, as shown in FIG. 2-4, the
プラズマ照射ノズル31を、絶縁透光性基板2上の右端上方に配置した後、プラズマ照射ノズル31からストライプ状の酸素を含むプラズマ42を複合層14Aに照射する。そして、このプラズマ42が絶縁透光性基板2(複合層14A)上の全面に照射されるように、プラズマ照射ノズル31または絶縁透光性基板2を紙面の左右方向に直線的に移動させる。これによって、プラズマ42が照射された領域では、複合層14Aの酸化が行われる。このとき、複合層14Aは、上述したようにa−Siとμc−Siとが混在した状態にあるので、プラズマ42が照射されると、熱力学的にμc−Siよりも不安定なa−Siの方が先に酸化され、アモルファス酸化シリコンが形成される。その結果、中間層14は、アモルファス酸化シリコンとμc−Siとからなる。ここで、プラズマ照射ノズル31は、絶縁透光性基板2と同じ幅を有する必要はなく、絶縁透光性基板2の上面全面をスキャンすることが可能な構成であればよい。
After the
なお、使用するガス41のガス種および混合ガス比によってプラズマ照射条件が異なるが、ここでは、ガス41として酸素ガスを供給しプラズマ照射を行なう場合についての具体例を説明する。また、処理する複合層14Aのサイズによっても条件が異なるので、この例では幅30cm×長さ40cmの絶縁透光性基板2全面に膜が成膜されている場合で、長さ方向にプラズマ42がスキャンされて複合層14Aの酸化処理がなされるものとする。
Although the plasma irradiation conditions differ depending on the gas type and gas mixture ratio of the gas 41 to be used, here, a specific example of the case where oxygen gas is supplied as the gas 41 and plasma irradiation is performed will be described. In addition, since the conditions differ depending on the size of the
たとえば、絶縁透光性基板2上に透明導電性膜(表面電極層11)、第1の光電変換層13のp型アモルファスシリコン膜(p型半導体層131)、i型アモルファスシリコン(i型半導体層132)、n型微結晶シリコン膜(n型半導体層133)および複合層14A(n型微結晶シリコン膜)が順に、1μm、15nm、300nm、10nmおよび50nmの厚さでそれぞれ形成されているものとする。また、プラズマ42の材料となる酸素ガスの流量を100NL/minとし、酸素ガスをプラズマ化するための高周波電力を1kWとし、絶縁透光性基板2の移動速度を5mm/secとする。この条件で照射することで、複合層14Aが酸化され、アモルファス酸化シリコンと微結晶シリコンからなる中間層14が形成される。なお、高周波電力またはスキャンスピードを変化させることで、所望の厚さの複合層14Aから中間層14を形成することができる。たとえば、複合層14Aの膜厚が厚い場合には、高周波電力を高くするかまたはスキャンスピードを遅くすればよい。
For example, a transparent conductive film (surface electrode layer 11) on the insulating
このように、複合層14Aの成膜時には、アモルファスシリコン膜と微結晶シリコン膜が混在した膜を形成するので、CO2ガスが使用されない。したがって、複合層14Aと同一の成膜室で成膜される第1の光電変換層13の第2の導電型の半導体層113がCO2によって汚染されることがなく、第1の光電変換層13を劣化させる虞がない。
In this way, when the
以上のようにして中間層14を形成した後、図2−5に示されるように、中間層14上にプラズマCVD法を用いて、第1の光電変換層13よりもバンドギャップの小さい半導体材料からなる第2の光電変換層15を形成する。具体的には、まず、プラズマCVD法によって、たとえばSiH4ガスとH2ガスとB2H6ガスを成膜室内に導入し、微結晶のシリコン膜が堆積する条件下で、p型半導体層151を中間層14上の全面に形成する。ここで、B2H6ガスは、半導体層をp型化するドーパント材料であるBを膜中に供給するための原料ガスである。ついで、プラズマCVD法によって、成膜室内にたとえばSiH4ガスとH2ガスを導入し、微結晶のシリコン膜が堆積する条件下で、i型半導体層152をp型半導体層151上の全面に形成する。このとき、i型半導体層152は、真性半導体である必要があるためにドーピングガスの導入を行わない。
After forming the
さらに、i型半導体層152上に、プラズマCVD法によって、たとえばSiH4ガスとH2ガスとPH3ガスを成膜室内に導入し、微結晶のシリコン膜が堆積する条件下で、n型半導体層153をi型半導体層152上の全面に形成する。ここで、PH3ガスは、半導体層をn型化するドーパント材料であるPを膜中に供給するための原料ガスである。以上によって、第2の光電変換層15が形成される。なお、p型半導体層151、i型半導体層152およびn型半導体層153は、ドーピングガスであるB2H6ガスとPH3ガスの相互汚染を防止するために、通常、ガスが混在しないようにそれぞれ異なる独立した成膜室(CVD装置)で連続的に成膜される。
Further, on the i-
そして、第2の光電変換層15のn型半導体層153上に裏面電極層16を形成する。具体的には、たとえばAl,GaまたはBがドープされたZnOなどの裏面透明導電性膜161をスパッタ法などの成膜法で形成した後、Ag,Al、もしくはAg上にAlを積層した膜、またはAgもしくはAl上にTiもしくはTiNを積層した裏面導電性膜162をスパッタ法などの成膜法で成膜する。これによって、裏面透明導電性膜161と裏面導電性膜162とからなる裏面電極層16が形成される。以上によって、図1に示される構造の薄膜太陽電池1が製造される。
Then, the
この実施の形態によれば、第1の光電変換層13のn型微結晶シリコン膜からなるn型半導体層133を形成した後、続けて同じ環境下でn型半導体層133よりも結晶化率の高いn型微結晶シリコン膜とn型アモルファスシリコン膜とが混合した複合層14AをCO2ガスを使用せずに形成し、酸素を含むプラズマによってプラズマ処理を複合層14Aに施すことによって、アモルファス酸化シリコンと微結晶シリコンからなる中間層14を形成するようにしたので、中間層14の形成時に第1の光電変換層13の第2の導電型の半導体層133である下地のn型微結晶シリコン膜がCO2で汚染される問題を防ぐことができる。
According to this embodiment, after forming the n-
また、この汚染を防ぐために中間層14を第1の光電変換層13のn型半導体層133と別のプラズマCVD装置で、成膜する方法も考えられるが、高価な大型のCVD装置が必要であり、製造コストが上昇してしまうが、この実施の形態で示した方法によれば、大気中で複合層14Aをプラズマ処理するという比較的簡単な手法で処理できるため、CVD法で中間層14を成膜する場合と比較すると、製造コストを低く抑えることができる。さらに、第1の光電変換層13のn型半導体層133に、n型のμc−Si膜などの半導体を用いたので、製造された薄膜太陽電池1の光電変換効率は、n型半導体層133にシリコン酸化物を用いた場合に比較して向上させることができるという効果も有する。
In order to prevent this contamination, a method of forming the
以上のように、この発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法は、複数の光電変換層が中間層を介して積層された多接合型の薄膜太陽電池に有用である。 As described above, the method for manufacturing a thin-film solar cell according to the present invention is useful for a multi-junction thin-film solar cell in which a plurality of photoelectric conversion layers are stacked via an intermediate layer.
1 薄膜太陽電池
2 絶縁透光性基板
11 表面電極層
12 光電変換積層体
13 第1の光電変換層
14 中間層
14A 複合層
15 第2の光電変換層
16 裏面電極層
31 プラズマ照射ノズル
41 ガス
42 プラズマ
131,151 p型半導体層
132,152 i型半導体層
133,153 n型半導体層
161 裏面透明導電性膜
162 裏面導電性膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thin film
Claims (5)
前記第1の電極層上に、シリコンを含む半導体材料からなる第1の導電型の半導体層、真性半導体層および第2の導電型の半導体層を順に積層した第1の光電変換層を形成する第2の工程と、
前記第2の導電型の半導体層上に、第2の導電型の微結晶シリコンとアモルファスシリコンとが混在する複合層を形成する第3の工程と、
大気中で酸素ガスを含むプラズマを前記複合層に照射して、微結晶シリコンとアモルファス酸化シリコンとが混在する中間層を形成する第4の工程と、
前記中間層上に、前記第1の光電変換層よりもバンドギャップの小さいシリコンを含む半導体材料からなる第1の導電型の半導体層、真性半導体層および第2の導電型の半導体層を順に積層した第2の光電変換層を形成する第5の工程と、
前記第2の光電変換層上に導電性材料からなる第2の電極層を形成する第6の工程と、
を含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。 A first step of forming a first electrode layer made of a transparent conductive material on a light-transmitting substrate;
On the first electrode layer, a first photoelectric conversion layer in which a first conductive semiconductor layer made of a semiconductor material containing silicon, an intrinsic semiconductor layer, and a second conductive semiconductor layer are sequentially stacked is formed. A second step;
A third step of forming a composite layer in which microcrystalline silicon and amorphous silicon of the second conductivity type are mixed on the semiconductor layer of the second conductivity type;
A fourth step of irradiating the composite layer with plasma containing oxygen gas in the atmosphere to form an intermediate layer in which microcrystalline silicon and amorphous silicon oxide are mixed;
On the intermediate layer, a first conductive type semiconductor layer, an intrinsic semiconductor layer, and a second conductive type semiconductor layer made of a semiconductor material containing silicon having a smaller band gap than the first photoelectric conversion layer are sequentially stacked. A fifth step of forming the second photoelectric conversion layer,
A sixth step of forming a second electrode layer made of a conductive material on the second photoelectric conversion layer;
The manufacturing method of the thin film solar cell characterized by including.
前記第3の工程で、前記複合層の結晶性は、前記第2の導電型の半導体層の結晶性よりも高くなるように、前記複合層が形成されることを特徴とする請求項1に記載の薄膜太陽電池の製造方法。 In the second step, the second conductive type semiconductor layer of the first photoelectric conversion layer is formed of a microcrystalline silicon film,
2. The composite layer according to claim 1, wherein in the third step, the composite layer is formed such that the crystallinity of the composite layer is higher than the crystallinity of the second conductivity type semiconductor layer. The manufacturing method of the thin film solar cell of description.
前記第3の工程での前記中間層の形成は、プラズマCVD法によって前記第2の導電型の半導体層が形成された成膜室と同じ成膜室で行われることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の薄膜太陽電池の製造方法。 The formation of the first conductivity type semiconductor layer, the intrinsic semiconductor layer, and the second conductivity type semiconductor layer in the second step is performed in different film formation chambers by plasma CVD,
The formation of the intermediate layer in the third step is performed in the same film formation chamber as the film formation chamber in which the semiconductor layer of the second conductivity type is formed by a plasma CVD method. The manufacturing method of the thin film solar cell as described in any one of -3.
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