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JPH08116080A - Thin film solar cell and its manufacture - Google Patents

Thin film solar cell and its manufacture

Info

Publication number
JPH08116080A
JPH08116080A JP6252604A JP25260494A JPH08116080A JP H08116080 A JPH08116080 A JP H08116080A JP 6252604 A JP6252604 A JP 6252604A JP 25260494 A JP25260494 A JP 25260494A JP H08116080 A JPH08116080 A JP H08116080A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
type
layer
solar cell
volume ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6252604A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuhiko Nomoto
克彦 野元
Kei Kajiwara
慶 梶原
Hitoshi Sannomiya
仁 三宮
Yoshihiro Yamamoto
義宏 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP6252604A priority Critical patent/JPH08116080A/en
Publication of JPH08116080A publication Critical patent/JPH08116080A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/545Microcrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PURPOSE: To increase the open-circuit voltage of an element and improve the photoelectric conversion efficiency, by using a silicon thin film containing P-type microcrystalline phase wherein the amount of bonded hydrogen is larger than or equal to a specified value, and the volume ratio of microcrystalline phase in bulk structure is in a specified range. CONSTITUTION: On a rear electrode 2, an N-type amorphous silicon hydride film 3 is deposited, on which an I-type amorphous silicon hydride layer 4 is formed. On the I-type layer 4, a silicon thin film (P-type uc-SiH film) containing P-type microcrystalline phase wherein the volume ratio of microcrysLalline phase is changed is formed, as a P-layer 5 of an element. An ITO film as a transparent conducting film 6 is deposited on the P-type layer 5, and an aluminum film as a collector electrode 7 is formed. In particular, the P-type uc-Si:H film is used as the P-type layer which film is specified as follows; the amount of bonded hydrogen is 13at% or higher and the volume ratio of microcrystalline phase in bulk structure whose film thickness is 100nm or greater is in the range from 65% to 92%. Thereby the open-circuit voltage of an element can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光電交換効率の高い薄
膜太陽電池、特にアモルファス太陽電池に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film solar cell having a high photoelectric exchange efficiency, particularly to an amorphous solar cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜太陽電池、特にアモルファス太陽電
池は、昨今の精力的な研究開発により民生用の太陽電池
として既に実用化されるに至った。しかしながら、さら
に大きな用途展開が期待される電力用の太陽電池として
は、素子の光電交換効率が10%程度であり、結晶系の
太陽電池の交換効率15%〜20%に比べて大きく見劣
りする。その一方、アモルファス太陽電池は光電交換に
必要な厚みが結晶シリコン系太陽電池の百分の一以下で
あること、製造プロセス上大面積化が容易であることな
どの特徴により、結晶シリコン系太陽電池に比べると低
コスト化が期待できる。今日のいわゆる環境問題の観点
から、太陽光発電が実用化されるためには既存の商用電
力と競合できることが必要であり、そのためには光電交
換効率の高い太陽電池を低コストで製造することが重要
である。
2. Description of the Related Art Thin film solar cells, especially amorphous solar cells, have already been put into practical use as solar cells for consumer use due to recent intensive research and development. However, as a solar cell for electric power, which is expected to be further expanded in applications, the photoelectric conversion efficiency of the element is about 10%, which is far inferior to the exchange efficiency of 15% to 20% of a crystalline solar cell. On the other hand, amorphous solar cells are characterized by the fact that the thickness required for photoelectric conversion is less than one-third of that of crystalline silicon solar cells, and that it is easy to increase the area due to the manufacturing process. Cost reduction can be expected compared to. From the viewpoint of today's so-called environmental problems, it is necessary to be able to compete with existing commercial power in order for solar power generation to be put into practical use, and for that purpose it is necessary to manufacture solar cells with high photoelectric exchange efficiency at low cost. is important.

【0003】一般にアモルファス太陽電池は真性層(i
型層)をp型層とn型層の間に挿入したpin接合で光
電交換が行われるが、この際p型層およびn型層は、p
i接合およびin接合により素子に図4に示す拡散電位
を生じさせる役割を果たしている。この拡散電位は、素
子性能を表す開放電圧と密接な関係があり、大きな拡散
電位は高い開放電圧を与え、素子の交換効率向上に有効
である。
Generally, an amorphous solar cell has an intrinsic layer (i
Type layer) is inserted between the p-type layer and the n-type layer to perform photoelectric exchange. At this time, the p-type layer and the n-type layer are
The i-junction and the in-junction play a role of generating a diffusion potential shown in FIG. 4 in the element. This diffusion potential is closely related to the open circuit voltage that represents the device performance, and a large diffusion potential gives a high open circuit voltage and is effective in improving the exchange efficiency of the device.

【0004】従来よりアモルファス太陽電池の光の入射
側のp型層として、特開昭57−126175に見られ
るp型の水素化アモルファスシリコンカーボン膜(p型
a−SiC:H)が利用されているのは、バンドギャッ
プの広いp型a−SiC:Hの適用により実効的な拡散
電位の向上があるためである。さらに、一般にアモルフ
ァス太陽電池のドープ層は光電交換不活性層であり、こ
こでの光の吸収は光吸収損失となる。特に光の入射側の
p型層ではこの損失は大きく、そのためにも上述のバン
ドギャップの広いp型a−SiC:Hは有利な物性を有
していた。現在用いられているこのようなp型a−Si
C:Hのバルクとしての物性を掲げると、Taucプロ
ットによる光学的バンドギャップは1.9eV〜2.0
eV、室温での暗導電率は1×10-6S/cm台、この
暗導電率の活性化エネルギは0.4〜0.5eV程度で
ある。
Conventionally, a p-type hydrogenated amorphous silicon carbon film (p-type a-SiC: H) found in JP-A-57-126175 has been used as a p-type layer on the light incident side of an amorphous solar cell. This is because the application of p-type a-SiC: H having a wide band gap improves the effective diffusion potential. Further, generally, the doped layer of an amorphous solar cell is a photoelectric exchange inactive layer, and the absorption of light therein causes a light absorption loss. In particular, this loss is large in the p-type layer on the light incident side, and for that reason, the above-mentioned p-type a-SiC: H having a wide band gap has advantageous physical properties. Such p-type a-Si currently used
As for the physical properties of C: H as a bulk, the optical band gap by Tauc plot is 1.9 eV to 2.0.
eV, the dark conductivity at room temperature is in the order of 1 × 10 −6 S / cm, and the activation energy of this dark conductivity is about 0.4 to 0.5 eV.

【0005】アモルファス太陽電池の変換効率をさらに
向上させるためには、図4に示された拡散電位を大きく
することが有効である。従来このような目的のために、
特開昭57−187971に見られるように微結晶のp
型あるいはn型のシリコン膜(μc−Si:H)の有効
性が指摘されたことがあった。例えば通常得られるp型
のμc−Si:Hは、上述p型a−SiC:Hに比べて
暗導電率の活性化エネルギが1桁程度小さな数十meV
であるために、フェルミレベルがより価電子帯に近づく
結果、素子の拡散電位が増大するというものである。
In order to further improve the conversion efficiency of the amorphous solar cell, it is effective to increase the diffusion potential shown in FIG. Traditionally for this purpose,
As seen in JP-A-57-187971, p of fine crystals
It has been pointed out that the effectiveness of the n-type or n-type silicon film (μc-Si: H). For example, the p-type μc-Si: H that is usually obtained has a dark conductivity activation energy of about several tens of meV, which is smaller than that of the above-mentioned p-type a-SiC: H by one digit.
Therefore, as a result of the Fermi level being closer to the valence band, the diffusion potential of the device is increased.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
微結晶の体積率が100%に近い良好な結晶性を有する
p型μc−Si:Hをアモルファス太陽電池のp型層と
して適用してみると、従来のp型a−SiC:Hに比べ
て素子の開放電圧が向上せず、したがって素子特性の向
上も見られないという問題点がある。
However, when p-type μc-Si: H having a good crystallinity in which the volume fraction of fine crystals is close to 100% is actually applied as a p-type layer of an amorphous solar cell. However, compared with the conventional p-type a-SiC: H, there is a problem in that the open circuit voltage of the device is not improved and therefore the device characteristics are not improved.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような問題点に鑑み
本発明では、水素化アモルファスシリコン(a−Si:
H)系薄膜(水素化アモルファスシリコンカーボン(a
−SiC:H)、水素化アモルファスシリコンゲルマニ
ウム(a−SiGe:H)を含む)からなるp層、i
層、n層のpin接合を少なくとも一対有する薄膜太陽
電池において、前記p層に結合水素量が13at%以上
で、かつバルク構造(膜厚が100nm以上での膜構
造)での微結晶相の体積率が65%から92%の範囲で
あるp型の微結晶相を含むシリコン薄膜(p型μc−S
i:H)を用いることを特徴とする。また、前記p型μ
c−Si:Hを用いたp層の膜厚が20nmから50n
mの範囲であることを特徴とする。
In view of these problems, the present invention provides hydrogenated amorphous silicon (a-Si:
H) -based thin film (hydrogenated amorphous silicon carbon (a
-SiC: H), including hydrogenated amorphous silicon germanium (a-SiGe: H)), i layer
In a thin-film solar cell having at least one pair of a pin junction and an n-layer pin junction, the p-layer has a bound hydrogen content of 13 at% or more and a volume of a microcrystalline phase in a bulk structure (film structure with a film thickness of 100 nm or more). Of a silicon thin film (p-type μc-S) containing a p-type microcrystalline phase having a ratio of 65% to 92%.
i: H) is used. In addition, the p-type μ
The film thickness of the p layer using c-Si: H is 20 nm to 50 n
It is characterized in that it is in the range of m.

【0008】さらに、前記薄膜太陽電池において、前記
p型μc−Si:Hの製造方法が、プラズマ化学気相成
長装置(p−CVD)を用いてシリコン(Si)元素を
含むガス、ホウ素(B)元素を含むガス、および水素か
らなる混合ガスにより基板上にp型の微結晶相を含むシ
リコン半導体薄膜を成長させる際に、基板の温度を60
℃から150℃の範囲に制御することを特徴とする。
Further, in the thin-film solar cell, the p-type μc-Si: H manufacturing method uses a plasma chemical vapor deposition apparatus (p-CVD) to contain a gas containing silicon (Si) element, boron (B). ) When growing a silicon semiconductor thin film containing a p-type microcrystalline phase on a substrate with a mixed gas containing a gas containing an element and hydrogen, the substrate temperature is set to 60 °
It is characterized in that the temperature is controlled in the range of ℃ to 150 ℃.

【0009】[0009]

【作用】従来のa−SiC:Hと比べて、素子の開放電
圧を向上させるためのp型μc−Si:H膜の具備すべ
き膜構造および膜物性を図示する。図2は、素子のバン
ドダイアグラムを表し、実線は体積率が100%のp型
μc−Si:H膜の極端例として、p型の結晶シリコン
の物性を持つ膜を仮想的にpinの素子構造に適用した
場合のバンドダイアグラムである。それぞれの膜物性値
を表1に示す。この場合、素子の拡散電位は1.02e
Vとなる。図3は、従来のp型a−SiC:Hをpin
の素子に適用した場合のバンドダイアグラムである。表
2にこれらの物性値を示す。この値を用いると、素子の
拡散電位は1.1eVとなる。このことから、P型の結
晶シリコンの物性を持つ膜を用いた場合、素子の開放電
圧はかえって低下する結果となる。
The film structure and film properties of the p-type μc-Si: H film for improving the open circuit voltage of the device as compared with the conventional a-SiC: H are shown in the drawings. FIG. 2 shows a band diagram of the device, and a solid line is an extreme example of a p-type μc-Si: H film having a volume ratio of 100%, and a film having physical properties of p-type crystalline silicon is assumed to be a virtually pin device structure. It is a band diagram when applied to. Table 1 shows the physical properties of each film. In this case, the diffusion potential of the element is 1.02e
It becomes V. FIG. 3 shows a conventional p-type a-SiC: H pin
3 is a band diagram when applied to the element of FIG. Table 2 shows these physical property values. Using this value, the diffusion potential of the device is 1.1 eV. From this, when the film having the physical properties of P-type crystalline silicon is used, the open circuit voltage of the device is rather lowered.

【0010】[0010]

【表1】 [Table 1]

【0011】[0011]

【表2】 [Table 2]

【0012】一方、微結晶相を含むシリコン膜の構造
は、10nm前後の粒径の結晶シリコンの粒(微結晶)
が水素化アモルファスシリコン相の中に存在していると
考えられる。この微結晶相は、結晶質のシリコンである
からドーピング効率が高く、適量の例えばボロン原子を
添加すれば高い導電率を示し、フェルミレベルを十分価
電子帯に近づけることが可能である(例えば図2では、
フェルミレベルを価電子帯から50meVとした)。し
かしながら、もしもこの微結晶層の体積率が100%
で、結晶シリコンの物性値であるバンドギャップ1.1
2eVおよび電子親和力4.05eVを仮定するなら
ば、上述したように開放電圧は低下する可能性がある。
そこで、微結晶相の割合を減じ、微結晶相の回りあるい
はそれを取り巻くアモルファスシリコン相に多くの結合
水素を付加することで、p型μc−Si:H膜の電気
的、光学的特性を制御することにより、従来のp型a−
SiC:Hに比べて拡散電位の大きい素子が得られるこ
とを確認した。図2の破線は、このp型μc−Si:H
膜の電気的特性としてバンドギャップが1.40eV、
フェルミレベルが価電子帯から50meV、電子親和力
3.90eVとした場合の素子のバンドダイアグラムで
ある。この場合、素子の拡散電位は1.15eVとな
り、従来のp型a−SiC:Hをpinの素子に適用し
た場合の1.1eVより大きくなる。
On the other hand, the structure of the silicon film containing the microcrystalline phase has a grain size (microcrystal) of crystalline silicon having a grain size of about 10 nm.
Are considered to exist in the hydrogenated amorphous silicon phase. Since this microcrystalline phase is crystalline silicon, it has a high doping efficiency, and if an appropriate amount of, for example, a boron atom is added, it exhibits high conductivity, and it is possible to bring the Fermi level sufficiently close to the valence band (see, for example, FIG. In 2,
The Fermi level was set to 50 meV from the valence band). However, if the volume ratio of this microcrystalline layer is 100%,
And the band gap 1.1 which is a physical property value of crystalline silicon.
Assuming 2 eV and electron affinity of 4.05 eV, the open circuit voltage may decrease as described above.
Therefore, the electrical and optical characteristics of the p-type μc-Si: H film are controlled by reducing the proportion of the microcrystalline phase and adding a large amount of bonded hydrogen to the amorphous silicon phase around or surrounding the microcrystalline phase. The conventional p-type a-
It was confirmed that an element having a larger diffusion potential than that of SiC: H can be obtained. The broken line in FIG. 2 indicates this p-type μc-Si: H.
The electrical characteristics of the film include a band gap of 1.40 eV,
3 is a band diagram of the device when the Fermi level is 50 meV from the valence band and the electron affinity is 3.90 eV. In this case, the diffusion potential of the element is 1.15 eV, which is higher than 1.1 eV when the conventional p-type a-SiC: H is applied to the pin element.

【0013】一般的には、微結晶相とアモルファス相の
混在する膜構造のp型μc−Si:H膜がどのようなバ
ンド構造となっているか知られていないが、ここでは微
結晶相の割合を減じ、微結晶の回り、あるいはそれを取
り巻くアモルファスシリコン相に多くの結合水素を付加
することによってp型μc−Si:H膜の平均的なバン
ドギャップを増大させることができるとしてバンド図を
想定することができた。
In general, it is not known what kind of band structure the p-type μc-Si: H film having a film structure in which a microcrystalline phase and an amorphous phase coexist, but here, the microcrystalline phase By reducing the proportion and adding a large amount of bonded hydrogen to the amorphous silicon phase around the microcrystal or surrounding it, it is possible to increase the average bandgap of the p-type μc-Si: H film. I was able to assume.

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

実施例1 本実施例は、素子のp層として請求項1に記載の微結晶
相の体積率を変化させた膜を、また、特にi層としてa
−Si:Hを用いた場合の実施例である。
Example 1 In this example, a film in which the volume ratio of the microcrystalline phase according to claim 1 was changed was used as a p-layer of the device, and in particular, a was used as an i-layer.
This is an example of using -Si: H.

【0015】このような太陽電池のセル構造を図1に示
す。膜を堆積させた基板1は、熱CVD法によりテクス
チャ構造を有する酸化スズ膜を約850nm形成したガ
ラス基板である。ただし、この酸化スズ膜を形成したガ
ラス基板は酸化スズ膜の良好なテクスチャ構造により光
の吸収量の増大を図るために用いたものであり、本実施
例の内容はこのような基板に限定されるものでない。こ
の酸化スズ膜上に金属膜としてスパッタ法、あるいは蒸
着を用いてチタン/銀と積層して、裏面の金属電極2と
した。
The cell structure of such a solar cell is shown in FIG. The substrate 1 on which the film has been deposited is a glass substrate on which a tin oxide film having a textured structure is formed by about 850 nm by a thermal CVD method. However, the glass substrate on which this tin oxide film was formed was used to increase the amount of light absorption due to the good texture structure of the tin oxide film, and the content of this embodiment is not limited to such a substrate. Not something. On this tin oxide film, a metal film was laminated with titanium / silver as a metal film by a sputtering method or vapor deposition to form a metal electrode 2 on the back surface.

【0016】アモルファスシリコン系の薄膜は、通常の
容量結合型プラズマCVD装置を用いて下記の製膜条件
により、上述の裏面金属基板上に順次形成した。最初に
形成されるn型の水素化アモルファスシリコン膜3は、
SiH4ガス10sccm、H2ガス10sccm、PH
3ガス0.1sccmの混合ガスを反応圧力0.22T
orr、RFパワー20W、基板温度200℃の製膜条
件で、30nmの厚さで裏面電極上に堆積させた。続い
てi型の水素化アモルファスシリコン層4をSiH4
ス10sccm、H2ガス10sccmの混合ガスを反
応圧力0.22Torr、RFパワー20W、基板温度
200℃の製膜条件で450nmの厚さでn層3上に形
成した。このi層4上に、微結晶相の体積率を変化させ
たp型μc−Si:H膜を素子のp層5として20nm
の厚さで形成した。
Amorphous silicon-based thin films were sequentially formed on the above-mentioned back metal substrate using the usual capacitive coupling type plasma CVD apparatus under the following film forming conditions. The n-type hydrogenated amorphous silicon film 3 formed first is
SiH 4 gas 10 sccm, H 2 gas 10 sccm, PH
3 gas 0.1sccm mixed gas reaction pressure 0.22T
A film having a thickness of 30 nm was deposited on the back electrode under the film forming conditions of orr, RF power of 20 W and substrate temperature of 200 ° C. Then, the i-type hydrogenated amorphous silicon layer 4 was mixed with SiH 4 gas at 10 sccm and H 2 gas at 10 sccm in a reaction gas pressure of 0.22 Torr, RF power of 20 W, and substrate temperature of 200 ° C. under a film forming condition of 450 nm in thickness. Formed on layer 3. On this i-layer 4, a p-type μc-Si: H film having a changed volume ratio of the microcrystalline phase was formed as a p-layer 5 of the device with a thickness of 20 nm
The thickness was formed.

【0017】このp層5の上に、透明導電膜6として酸
化インジウムスズ(ITO)膜をスパッタ法を用いて約
60nm堆積し、さらに集電極7としてアルミニウム膜
を電子ビーム蒸着法により600nm形成した。以上の
ようにして、基板/裏面電極/nip/集電極型のa−
Si:H太陽電池を作製した。
On this p-layer 5, an indium tin oxide (ITO) film was deposited as a transparent conductive film 6 by a sputtering method to a thickness of about 60 nm, and an aluminum film was further formed as a collecting electrode 7 to a thickness of 600 nm by an electron beam evaporation method. . As described above, the substrate / back surface electrode / nip / collecting electrode type a-
A Si: H solar cell was produced.

【0018】微結晶相の体積率および膜中結合水素量の
変化に対する素子特性を表3に示す。ここで、微結晶相
の体積率は以下の手順により求めた膜のバルク構造(膜
厚が100nm以上での膜構造)での微結晶相の体積率
で定義している。この値を求めた実験的手続きは以下の
ように行った。基板として結晶シリコンを用いて、この
基板上にp型μc−Si:H膜を素子に適用した製膜条
件と同一の条件で膜厚100nm以上の膜を堆積させ
る。次にX線回折法によりこれらの基板上に堆積した膜
のX線回折パターンを測定すれば、(111)の回折ピ
ーク(28.3°付近)、(220)面の回折ピーク
(47.2°付近)、(311)面の回折ピーク(56
°付近)の3つのピークが現れる。このそれぞれのピー
ク面積の総和(S)を求める。次に、この膜を800℃
〜1000℃で熱アニールし、膜中に含まれているアモ
ルファス相をすべて結晶化させた後、再度X線回折パタ
ーンを測定し、上記3つの回折ピークの面積の総和(S
c)を求める。膜中のアモルファス相がすべて結晶化し
たかどうかは、さらに熱アニールしてもScの値が飽和
していることで判断する。こうして得られた値の比S/
Scをp型μc−Si:H膜のバルク構造(膜厚が10
0nm以上)での微結晶体積率とした。また、膜中結合
水素量は、赤外吸収スペクトルから求めたものである。
他のp型μc−Si:Hの電気的、光学的特性は表6に
示す。
Table 3 shows the device characteristics with respect to changes in the volume fraction of the microcrystalline phase and the amount of bound hydrogen in the film. Here, the volume ratio of the microcrystalline phase is defined by the volume ratio of the microcrystalline phase in the bulk structure of the film (film structure with a film thickness of 100 nm or more) obtained by the following procedure. The experimental procedure for obtaining this value was performed as follows. Using crystalline silicon as a substrate, a film having a film thickness of 100 nm or more is deposited on this substrate under the same conditions as the film forming conditions in which a p-type μc-Si: H film is applied to an element. Next, when the X-ray diffraction patterns of the films deposited on these substrates were measured by the X-ray diffraction method, the diffraction peak of (111) (around 28.3 °) and the diffraction peak of the (220) plane (47.2). (Around °), the diffraction peak of the (311) plane (56
Three peaks (around °) appear. The sum (S) of the respective peak areas is obtained. Next, this film is heated to 800 ° C.
After heat annealing at ˜1000 ° C. to crystallize all the amorphous phase contained in the film, the X-ray diffraction pattern is measured again, and the total area of the three diffraction peaks (S
Find c). Whether all the amorphous phases in the film have been crystallized is judged by the fact that the value of Sc is saturated even if thermal annealing is further performed. The ratio of the values thus obtained S /
Sc is a bulk structure of p-type μc-Si: H film (film thickness is 10
The volume ratio of fine crystals at 0 nm or more). Further, the amount of hydrogen bonded in the film is obtained from the infrared absorption spectrum.
Table 6 shows the electrical and optical characteristics of other p-type μc-Si: H.

【0019】[0019]

【表3】 [Table 3]

【0020】表3から、微結晶の体積率が92%より小
さくなることによって、素子の開放電圧は0.90vo
ltを越え、従来のp型a−SiC:H膜に比べて素子
の光電変換効率も向上していることがわかる。このよう
な開放電圧の向上が素子の拡散電位の増大に伴うもので
あることを、S.S.Hegedusらの方法(Jou
rnal of Applied Physics,6
3,1988,p5126)による測定から確認した。
例えば、表1中の体積率87%の素子の拡散電位は1.
20voltであり、表中の従来のp層a−SiC:H
の素子の拡散電位は1.12voltであった。
From Table 3, it can be seen that the open circuit voltage of the device is 0.90 vo when the volume ratio of the fine crystals is smaller than 92%.
It can be seen that the photoelectric conversion efficiency of the device is improved as compared with the conventional p-type a-SiC: H film by exceeding lt. The fact that such an improvement in open circuit voltage is accompanied by an increase in the diffusion potential of the device is described in S. S. The method of Hegedus et al. (Jou
rnal of Applied Physics, 6
3, 1988, p5126).
For example, the diffusion potential of the element having a volume ratio of 87% in Table 1 is 1.
20 volt, conventional p-layer a-SiC: H in the table
The element had a diffusion potential of 1.12 volt.

【0021】一方、本実施例では、膜中水素量は体積率
と共に、表3に示したごとく変化している。一般的には
このような結合水素は微結晶の周り、あるいはアモルフ
ァス相に取り込まれており、Taucプロットで求める
膜の光学的バンドギャップは表6に示したごとく、結合
水素量と共に単調に増大していることがわかる。したが
って、膜の構造としては膜中水素量を13at%にして
体積率を92%より小さくすることによって、つまり微
結晶相の割合を減じてその微結晶の回り、あるいは微結
晶を取り巻くアモルファスシリコン相に多くの結合水素
付加したp型μc−Si:H膜を用いることによって、
素子の拡散電位は向上していることがわかる。このよう
な実験事実は、逆に微結晶相の割合を減じ、微結晶の周
り、あるいはそれを取り巻くアモルファスシリコン相に
多くの結合水素を付加したp型μc−Si:Hでは平均
的なバンドギャップが増大し、その結果、図2の破線で
示したようなバンドダイアグラムが想定できることを示
唆している。
On the other hand, in this embodiment, the amount of hydrogen in the film changes with the volume ratio as shown in Table 3. Generally, such bound hydrogen is incorporated around the microcrystals or in the amorphous phase, and the optical band gap of the film obtained by the Tauc plot increases monotonically with the amount of bound hydrogen as shown in Table 6. You can see that Therefore, as the structure of the film, the amount of hydrogen in the film is set to 13 at% and the volume ratio is made smaller than 92%, that is, the proportion of the microcrystalline phase is reduced to surround the microcrystal or the amorphous silicon phase surrounding the microcrystal. By using a p-type μc-Si: H film with many bonded hydrogen atoms,
It can be seen that the diffusion potential of the device is improved. On the contrary, the fact that the ratio of the microcrystalline phase is reduced, and the p-type μc-Si: H in which a large amount of bonded hydrogen is added to the amorphous silicon phase around or surrounding the microcrystalline is the average band gap Suggests that the band diagram as shown by the broken line in FIG. 2 can be assumed.

【0022】一方、素子の曲線因子は表3に示すように
体積率65%程度から低下し始め、体積率0%では素子
特性全体が大きく悪化する。これは、微結晶相の体積率
の低下により十分なpi接合が形成されないようになる
ためである。
On the other hand, as shown in Table 3, the fill factor of the device starts to decrease from a volume ratio of about 65%, and when the volume ratio is 0%, the entire device characteristics deteriorate significantly. This is because a sufficient pi junction cannot be formed due to the decrease in the volume ratio of the microcrystalline phase.

【0023】以上を総合すると、素子の開放電圧向上に
はバルクでの微結晶の体積率が92%〜65%の範囲に
制御し、かつその微結晶の周り、あるいは微結晶を取り
巻くアモルファスシリコン相の結合水素量を13at%
以上にして、広いバンドギャップのアモルファス相を混
在させることが素子特性向上の上で有効であることが分
かる。
In summary, in order to improve the open circuit voltage of the device, the volume ratio of the microcrystals in the bulk is controlled within the range of 92% to 65%, and the amorphous silicon phase around the microcrystals or surrounding the microcrystals is controlled. The amount of bound hydrogen of 13at%
From the above, it can be seen that mixing an amorphous phase with a wide band gap is effective in improving the device characteristics.

【0024】実施例2 本実施例は、素子のp層として請求項1に記載の微結晶
相の体積率を変化させた膜を用い、また、特にi層とし
てa−SiC:Hおよびa−SiGe:Hを用いたアモ
ルファス太陽電池に関する。
Example 2 In this example, a film in which the volume ratio of the microcrystalline phase according to claim 1 was changed was used as the p layer of the device, and in particular, a-SiC: H and a- were used as the i layer. The present invention relates to an amorphous solar cell using SiGe: H.

【0025】膜を堆積させた基板、およびn型のa−S
i:H層までは実施例1と同様である。このn層に、引
き続いてi型のa−SiC:H層の基準条件としてSi
4ガス10sccm、CH4ガス10sccm、H2
ス300sccmの混合ガスを反応圧力0.20Tor
r、RFパワー20W、基板温度200℃の製膜条件
で、150nmの厚さでn層上に形成した。ただし、こ
のi層中では素子の収集効率向上のため、CH4ガスと
SiH4ガスの混合割合を連続的に変化させることによ
って膜中のカーボン量を変化させた、いわゆるバンドギ
ャッププロファイルを設けている。このi層上に、微結
晶相の体積率を変化させたp型μc−Si:H膜を素子
のp層として形成した。このp層の上に、透明導電膜と
してスパッタ法を用いて酸化インジウムスズ(ITO)
膜を約60nm堆積し、さらに集電極としてアルミニウ
ム膜を電子ビーム蒸着法により600nm形成した。以
上のようにして、基板/裏面電極/nip/透明電極/
集電極型のa−SiC:H太陽電池を作製した。
The substrate on which the film is deposited, and the n-type aS
The process up to the i: H layer is the same as in the first embodiment. This n layer is subsequently subjected to Si as a reference condition for the i-type a-SiC: H layer.
Reaction pressure of a mixed gas of H 4 gas 10 sccm, CH 4 gas 10 sccm, and H 2 gas 300 sccm was 0.20 Torr.
A film having a thickness of 150 nm was formed on the n-layer under the conditions of r, RF power of 20 W, and substrate temperature of 200 ° C. However, in order to improve the collection efficiency of the device in the i layer, a so-called bandgap profile in which the amount of carbon in the film is changed by continuously changing the mixing ratio of CH 4 gas and SiH 4 gas is provided. There is. On this i layer, a p-type μc-Si: H film in which the volume ratio of the microcrystalline phase was changed was formed as the p layer of the device. On the p-layer, indium tin oxide (ITO) was used as a transparent conductive film by sputtering.
A film was deposited to a thickness of about 60 nm, and an aluminum film was further formed to a thickness of 600 nm as a collecting electrode by the electron beam evaporation method. As described above, the substrate / back surface electrode / nip / transparent electrode /
A collector electrode type a-SiC: H solar cell was produced.

【0026】同様に、i型のa−SiGe:H層の基準
条件としてSiH4ガス5sccm、GeH4ガス5sc
cm、H2ガス200sccmの混合ガスを反応圧力
0.35Torr、RFパワー15W、基板温度200
℃の製膜条件で250nmの厚さでn層上に形成した。
ただし、このi層中でも素子の収集効率向上のため、G
eH4ガスとSiH4ガスの混合割合を連続的に変化させ
ることによって膜中のゲルマニウム量を変化させた、い
わゆるバンドギャッププロファイルを設けている。この
i層上に、微結晶層の堆積率を変化させたp型μc−S
i:H膜を素子のp層として25nmの厚さで形成し
た。このp層上に、透明導電膜としてスパッタ法を用い
て酸化インジウムスズ(ITO)膜を約60nm堆積
し、さらに集電極としてアルミニウム膜を電子ビーム蒸
着法により600nm形成した。以上のようにして、基
板/裏面電極/nip/透明電極/集電極型のa−Si
Ge:H太陽電池を作製した。
Similarly, as a reference condition for the i-type a-SiGe: H layer, 5 sccm of SiH 4 gas and 5 sc of GeH 4 gas are used.
cm, mixed gas of H 2 gas 200 sccm, reaction pressure 0.35 Torr, RF power 15 W, substrate temperature 200
It was formed on the n-layer with a thickness of 250 nm under the film forming condition of ° C.
However, in order to improve the collection efficiency of the element even in this i layer, G
A so-called band gap profile is provided in which the amount of germanium in the film is changed by continuously changing the mixing ratio of the eH 4 gas and the SiH 4 gas. On this i-layer, p-type μc-S with the deposition rate of the microcrystalline layer changed
An i: H film was formed as a p layer of the device with a thickness of 25 nm. On this p layer, an indium tin oxide (ITO) film having a thickness of about 60 nm was deposited as a transparent conductive film by a sputtering method, and an aluminum film having a thickness of 600 nm was formed as a collecting electrode by an electron beam evaporation method. As described above, substrate / back surface electrode / nip / transparent electrode / collecting electrode type a-Si
A Ge: H solar cell was produced.

【0027】以上のようにして作製された素子の特性を
表4、表5に示す。表より明らかなように、i層がいず
れの素子においても結合水素量が13at%以上で、微
結晶の体積率が92%より小さいものの開放電圧は、従
来のp型μc−Si:H膜より20mV〜50mV向上
していることがわかる。さらに、このような開放電圧の
向上が素子の拡散電位の増大に伴うものであることを、
同様にS.S.Hedgedusらの方法による測定か
ら確認された。例えば表4中の体積率87%の素子の拡
散電位は0.92voltであり、表中の従来のp層a
−SiC:Hの素子の拡散電位は0.84voltであ
った。
The characteristics of the element manufactured as described above are shown in Tables 4 and 5. As is clear from the table, the open-circuit voltage of the i-layer is 13 at% or more and the volume ratio of the microcrystal is smaller than 92% in any of the devices, the open circuit voltage is lower than that of the conventional p-type μc-Si: H film. It can be seen that there is an improvement of 20 mV to 50 mV. Furthermore, it is noted that such an improvement in open circuit voltage is accompanied by an increase in the diffusion potential of the element.
Similarly, S. S. It was confirmed by the measurement by the method of Hedgedus et al. For example, the diffusion potential of the device having a volume ratio of 87% in Table 4 is 0.92 volt, and the conventional p layer a in the table
The diffusion potential of the -SiC: H device was 0.84 volt.

【0028】[0028]

【表4】 [Table 4]

【0029】[0029]

【表5】 [Table 5]

【0030】一方、素子の曲線因子は体積率65%程度
から低下し始め、体積率0%では素子特性全体が大きく
悪化する。これは、微結晶層の体積率の低下により、充
分なpi接合が形成されないようになるためである。
On the other hand, the fill factor of the device starts to decrease from a volume ratio of about 65%, and at a volume ratio of 0%, the overall device characteristics deteriorate significantly. This is because a sufficient pi junction cannot be formed due to the decrease in the volume ratio of the microcrystalline layer.

【0031】以上を総合すると、i層がa−SiC:
H、a−SiGe:Hの場合においても素子の開放電圧
向上にはバルクでの微結晶の体積率が92%〜65%の
範囲で、結合水素量が13at%以上であることが有効
であることが明らかになった。
Summarizing the above, the i layer is a-SiC:
Even in the case of H and a-SiGe: H, it is effective that the volume ratio of microcrystals in the bulk range from 92% to 65% and the amount of bonded hydrogen is 13 at% or more in order to improve the open circuit voltage of the device. It became clear.

【0032】以上の実施例1、実施例2より、特に基板
/裏面電極/nip/透明電極/集電極型のアモルファ
スシリコン太陽電池について本発明の有効性を説明して
きたが、アモルファスシリコン膜の積層する順番を逆に
した、透光性基板/透明電極/pin/裏面電極型の素
子にも本発明の膜構造を有するp型μc−Si:H膜が
素子の開放電圧向上に有効に働くことは自明である。な
ぜなら、透明電極上に同様な膜構造を有するp型μc−
Si:H膜が形成することによって図2の実線と全く同
じバンドダイアグラムをもつ素子が形成できるからであ
る。
From the above Examples 1 and 2, the effectiveness of the present invention has been described especially for the substrate / back surface electrode / nip / transparent electrode / collector electrode type amorphous silicon solar cell. The p-type μc-Si: H film having the film structure of the present invention also works effectively for improving the open circuit voltage of a translucent substrate / transparent electrode / pin / back electrode type device in the reverse order. Is self-evident. This is because a p-type μc- having a similar film structure on the transparent electrode.
By forming the Si: H film, an element having the same band diagram as the solid line in FIG. 2 can be formed.

【0033】実施例3 本実施例は、請求項1に記載のp型μc−Si:Hを、
pin接合を有するアモルファス太陽電池のp層に適用
する際の膜厚に関するものである。
Example 3 In this example, the p-type μc-Si: H described in claim 1 was
The present invention relates to a film thickness when applied to a p-layer of an amorphous solar cell having a pin junction.

【0034】一般的に、薄膜半導体ではその膜厚により
物性、膜構造が変化することは知られている。本発明の
微結晶層の体積率を制御した太陽電池に関しても、膜構
造を膜のバルク構造(膜厚が100nm以上での膜構
造)で定義することは、実験の手続き上簡便であり、ま
た、実験精度上の面で確度の高い方法である。しかしな
がら、実際には太陽電池で用いるp型μc−Si:Hの
膜厚はバルクの厚みの10分の1前後であって、本来的
にはこのような厚さでの膜構造が問題となってくる。
It is generally known that in a thin film semiconductor, the physical properties and film structure change depending on the film thickness. Also for the solar cell in which the volume ratio of the microcrystalline layer of the present invention is controlled, defining the film structure with a bulk structure of the film (film structure with a film thickness of 100 nm or more) is simple in terms of experimental procedure, and The method is highly accurate in terms of experimental accuracy. However, in practice, the film thickness of p-type μc-Si: H used in a solar cell is about 1/10 of the thickness of the bulk, and the film structure with such a thickness is essentially a problem. Come on.

【0035】そこで、ガラス基板上に膜厚が5nm〜2
00nmの範囲で異なるp型μc−Si:Hを堆積させ
た試料、あるいはステンレス上にa−SiC:H、a−
Si:H、a−SiGe:Hをそれぞれ数100nm堆
積させた後、膜厚の異なるp型μc−Si:Hを堆積さ
せた試料を作製し、RHEED(反射高速電子線回折)
法により薄膜での結晶性を調べた。その結果、p型μc
−Si:Hは上記のいずれの場合でも膜厚が5nmでは
結晶性がなくアモルファスの状態であるが、膜厚10n
mではデバイーシェラーリングが見え始め、つまり微結
晶化が始まり、さらに25nmではバルクでのデバイー
シェラーリングと同等の強度である、つまりバルク構造
に近いものであることが研究より明らかになった。
Therefore, the film thickness is 5 nm to 2 on the glass substrate.
A-SiC: H, a- on a sample in which different p-type μc-Si: H is deposited in the range of 00 nm, or on stainless steel
After depositing several hundreds nm of Si: H and a-SiGe: H, respectively, a sample in which p-type μc-Si: H having different film thickness is deposited is prepared, and RHEED (reflection high-energy electron diffraction) is prepared.
The crystallinity of the thin film was investigated by the method. As a result, p-type μc
In any of the above cases, -Si: H is in an amorphous state without crystallinity when the film thickness is 5 nm, but the film thickness is 10 n.
At m, the Debye-Scherrer ring began to be seen, that is, microcrystallization started, and further, at 25 nm, the strength was equivalent to that of the Debye-Scherrer ring in the bulk, that is, it was close to the bulk structure. .

【0036】このことから、p型μc−Si:Hを素子
に適用する際に、従来のp型μc−Si:Hの膜厚10
nm〜20nm程度では大きな問題があり、その膜厚は
上述の事実を考慮して設計することが必要であることが
わかった。
Therefore, when the p-type μc-Si: H is applied to the device, the film thickness of the conventional p-type μc-Si: H is 10
It has been found that there is a big problem in the range of about 20 nm to 20 nm, and it is necessary to design the film thickness in consideration of the above facts.

【0037】実験に用いた製造方法および素子構造は、
実施例1、実施例2で述べたものと同じであるが、i層
にはa−SiC:Hを用い、p型μc−Si:Hは体積
率が87%の製膜条件で行っており、p型μc−Si:
H膜厚のみをその体積時間を変化させることによって1
5nm、20nm、25nm、30nm、50nmと変
化させた。素子特性を評価した結果を図4に示す。図か
ら明らかなように開放電圧はp型μc−Si:Hの膜厚
を20nm以上にすることにより、従来のp層にp型a
−SiC:Hを用いた素子より上回っていることがわか
る。この結果は、上述した10nm以上で微結晶化が始
まり、25nmではバルクに近い微結晶性を有するとい
う結果をほぼ反映しており、図4の素子特性の結果から
p型μc−Si:Hの膜厚を20nm以上にすることが
重要であることがわかる。ただし、製造方法、製造条件
により薄膜での構造は大きく異なる可能性が有り、一般
的には薄膜での構造に応じた素子設計を行うことが必要
となる。
The manufacturing method and device structure used in the experiment are
Same as described in Example 1 and Example 2, except that a-SiC: H is used for the i layer, and p-type μc-Si: H is formed under the film forming conditions of a volume ratio of 87%. , P-type μc-Si:
H film thickness only 1 by changing its volume time
It was changed to 5 nm, 20 nm, 25 nm, 30 nm and 50 nm. The results of evaluation of device characteristics are shown in FIG. As is clear from the figure, the open-circuit voltage is set to a value of 20 nm or more for the p-type μc-Si: H film, so that the p-type a
It can be seen that it is higher than the element using -SiC: H. This result almost reflects the above-mentioned result that microcrystallization starts at 10 nm or more and has microcrystallinity close to bulk at 25 nm. From the result of device characteristics in FIG. 4, p-type μc-Si: H It can be seen that it is important to set the film thickness to 20 nm or more. However, the structure of the thin film may vary greatly depending on the manufacturing method and manufacturing conditions, and it is generally necessary to design the element according to the structure of the thin film.

【0038】一方、膜厚が30nmでも短絡電流の低下
が見られていないのは、特に短波長光に対する吸収係数
がp型a−SiC:Hに比べて今回用いたp型μc−S
i:Hの方が小さいためであるが、膜厚を50nmまで
にすると光の吸収損失が拭えなくなっている。そのため
短絡電流の低下を招いている。以上の結果から、p型μ
c−Si:H適用による特性向上には、その膜厚を20
nmから50nmにすることが重要であることがわか
る。
On the other hand, the decrease in the short-circuit current is not observed even when the film thickness is 30 nm because the absorption coefficient for short-wavelength light is p-type μc-S which was used this time as compared with p-type a-SiC: H.
This is because i: H is smaller, but the absorption loss of light cannot be wiped off when the film thickness is 50 nm. Therefore, the short circuit current is reduced. From the above results, p-type μ
To improve the characteristics by applying c-Si: H, the film thickness should be 20
It can be seen that it is important to change from 50 nm to 50 nm.

【0039】本実施例ではi層がa−SiC:Hの場合
にのみ記したが、i層がa−Si:Hあるいはa−Si
Ge:Hであっても全く同様な結果が得られた。
In this embodiment, the description is made only when the i layer is a-SiC: H, but the i layer is a-Si: H or a-Si.
The same result was obtained with Ge: H.

【0040】実施例4 本実施例は、請求項1に記載の微結晶相の体積率の異な
るp型μc−Si:Hの製造方法に関するものである。
Example 4 This example relates to a method for producing p-type μc-Si: H having different volume fractions of the microcrystalline phase described in claim 1.

【0041】本願による微結晶相の体積率を減じたp型
μc−Si:Hでは、微結晶の回りおよび微結晶相を取
り囲む水素化アモルファスシリコン相に結合水素量を増
加させることによって、p型μc−Si:Hが広いバン
ドギャップを有していることが必要である。このような
微結晶相の体積率の低下と、膜中の結合水素量の増大と
を同時に実現する製膜条件の有効な範囲を下記の研究よ
り見いだした。
In the p-type μc-Si: H according to the present invention in which the volume fraction of the microcrystalline phase is reduced, the amount of bound hydrogen is increased in the hydrogenated amorphous silicon phase around the microcrystal and surrounding the microcrystalline phase to increase the p-type. It is necessary that μc-Si: H has a wide band gap. The following studies have found an effective range of film forming conditions for simultaneously achieving such a decrease in the volume fraction of the microcrystalline phase and an increase in the amount of bound hydrogen in the film.

【0042】本実施例に用いた製膜装置は、容量結合型
のRFプラズマCVD装置である。高真空排気系を具備
した反応室には、RF電極に対向して設置されたアノー
ド電極があり、このアノード電極に膜を堆積させる基板
が取り付けられる。このアノード電極には基板加熱ヒー
タが取り付けられており、このヒータにより基板温度を
制御できる。マスフローコントローラにより反応ガスの
流量が制御され、ガス導入配管系により流量制御された
反応ガスが反応室に導かれる。反応室での反応ガス圧力
は、バラトロン圧力計により検知、制御される。
The film forming apparatus used in this example is a capacitively coupled RF plasma CVD apparatus. In a reaction chamber equipped with a high vacuum exhaust system, there is an anode electrode which is installed facing the RF electrode, and a substrate on which a film is deposited is attached to this anode electrode. A substrate heating heater is attached to this anode electrode, and the substrate temperature can be controlled by this heater. The flow rate of the reaction gas is controlled by the mass flow controller, and the reaction gas whose flow rate is controlled by the gas introduction piping system is guided to the reaction chamber. The reaction gas pressure in the reaction chamber is detected and controlled by a Baratron pressure gauge.

【0043】あらかじめセットされた基板温度に基板が
加熱され温度が安定し、同時に高真空排気系により2×
10-6Torrまで排気された反応室に、SiH4ガス
1sccm、H2ガス160sccm、B26ガス0.
01sccmの混合ガスを導入した。反応圧力はバラト
ロン圧力計で0.16Torrとした。この反応ガス系
に200WのRFパワーをRF電極に投入することによ
って、気相中で反応ガスがプラズマ分解され、基板にp
型μc−Si:Hが堆積された。
The substrate is heated to a preset substrate temperature to stabilize the temperature, and at the same time, the high vacuum exhaust system allows 2 ×.
In the reaction chamber evacuated to 10 −6 Torr, SiH 4 gas 1 sccm, H 2 gas 160 sccm, B 2 H 6 gas 0.
A mixed gas of 01 sccm was introduced. The reaction pressure was 0.16 Torr with a Baratron pressure gauge. By inputting 200 W of RF power to this reaction gas system to the RF electrode, the reaction gas is plasma decomposed in the gas phase and p
The type μc-Si: H was deposited.

【0044】このような製膜条件下で基板温度を室温か
ら200℃まで変化させることにより、それに伴うp型
μc−Si:Hの膜構造の電気的、光学的性質の変化と
して表6を得た。ただし、表中の光学的バンドギャップ
については、本来アモルファスシリコン系薄膜に適用さ
れる(αhν)1/2 vs hνプロット(Taucプロッ
ト)から求められる値を便宜的に用いている。
By changing the substrate temperature from room temperature to 200 ° C. under such film forming conditions, Table 6 is obtained as a change in the electrical and optical properties of the p-type μc-Si: H film structure. It was However, for the optical bandgap in the table, a value obtained from a (αhν) 1/2 vs hν plot (Tauc plot) originally applied to an amorphous silicon-based thin film is conveniently used.

【0045】[0045]

【表6】 [Table 6]

【0046】この表からわかるように、製膜時の基板温
度を150℃より低くすることにより微結晶の体積率を
92%以下にすることが可能となり、同時に膜中の結合
水素量が増大することによって膜の光学的バンドギャッ
プを増大させることができる。また、この方法によれ
ば、基板温度を60℃以上にすることで、高い導電率を
維持してTaucプロットによる光学的バンドギャップ
の広い膜が得られることがわかった。
As can be seen from this table, by lowering the substrate temperature at the time of film formation to less than 150 ° C., the volume ratio of fine crystals can be made 92% or less, and at the same time, the amount of bound hydrogen in the film increases. This can increase the optical bandgap of the film. Also, according to this method, it was found that by setting the substrate temperature to 60 ° C. or higher, a film having a wide optical band gap by Tauc plot can be obtained while maintaining high conductivity.

【0047】以上に述べた製膜方法では、微結晶相を含
むp型μc−Si:Hの構造の制御が主として基板温度
で決まっていることから、出発原料ガスには大きく依存
しないことが推察される。したがって、原料ガスとして
SiH4以外のジシラン等の高次シラン、またB26
外のp型のドープガスとしてBF3等を用いることがで
きる。
In the film forming method described above, the control of the structure of the p-type μc-Si: H containing the microcrystalline phase is mainly determined by the substrate temperature, so it is presumed that it does not depend largely on the starting material gas. To be done. Therefore, higher order silanes such as disilane other than SiH 4 can be used as the source gas, and BF 3 or the like can be used as the p-type doping gas other than B 2 H 6 .

【0048】[0048]

【発明の効果】微結晶相を含むシリコン膜をアモルファ
ス太陽電池に適用する際に、本発明のバルクでの微結晶
の体積率を92%〜65%に制御し、かつその微結晶の
周り、あるいは微結晶を取り巻くアモルファスシリコン
相の結合水素量を13at%以上にして、広いバンドギ
ャップのアモルファス相を混在させたp型μc−Si:
Hを素子のp層に適用することにより素子の拡散電位を
増大させ、素子の開放電圧を向上させることが可能にな
る。また、本発明によれば、そのような構造、特性をも
つp型μc−Si:Hを他のアモルファスシリコン系膜
の製造方法と同じプラズマ化学気相成長法で製造するこ
とが可能であるから、新たな設備投資を行うことなしに
このような薄膜太陽電池を製造することができる。した
がって、光電交換効率の高い太陽電池を低コストで製造
することが可能となり、既存の商用電力と競合できる太
陽電池を提供することができるようになる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY When applying a silicon film containing a microcrystalline phase to an amorphous solar cell, the volume ratio of the microcrystal in the bulk of the present invention is controlled to 92% to 65%, and around the microcrystal, Alternatively, the amount of bound hydrogen in the amorphous silicon phase surrounding the microcrystals is set to 13 at% or more, and the amorphous phase having a wide band gap is mixed with the p-type μc-Si:
By applying H to the p layer of the device, the diffusion potential of the device can be increased and the open circuit voltage of the device can be improved. Further, according to the present invention, it is possible to manufacture a p-type μc-Si: H having such a structure and characteristics by the same plasma chemical vapor deposition method as other amorphous silicon-based film manufacturing methods. It is possible to manufacture such a thin film solar cell without investing new equipment. Therefore, it becomes possible to manufacture a solar cell with high photoelectric conversion efficiency at low cost, and it becomes possible to provide a solar cell that can compete with existing commercial power.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を表す太陽電池の模式構造図
である。
FIG. 1 is a schematic structural diagram of a solar cell that represents an embodiment of the present invention.

【図2】表1に基づく太陽電池素子のバンドダイアグラ
ムである。
FIG. 2 is a band diagram of a solar cell device based on Table 1.

【図3】表2に基づく太陽電池素子のバンドダイアグラ
ムである。
FIG. 3 is a band diagram of a solar cell device based on Table 2.

【図4】p型μc−Si:H膜厚を変化させたときの素
子の特性を表す図である。
FIG. 4 is a diagram showing characteristics of an element when the p-type μc-Si: H film thickness is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 裏面電極 3 n型層 4 i型層 5 p型層 6 透明導電膜 7 集電極 1 substrate 2 back surface electrode 3 n-type layer 4 i-type layer 5 p-type layer 6 transparent conductive film 7 collector electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 義宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshihiro Yamamoto 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素化アモルファスシリコン(a−S
i:H)系薄膜(水素化アモルファスシリコンカーボン
(a−SiC:H)、水素化アモルファスシリコンゲル
マニウム(a−SiGe:H)を含む)からなるp層、
i層、n層のpin接合を少なくとも一対有する薄膜太
陽電池において、前記p層に結合水素量が13at%以
上で、かつバルク構造(膜厚が100nm以上での膜構
造)での微結晶相の体積率が65%から92%の範囲で
あるp型の微結晶相を含むシリコン薄膜(p型μc−S
i:H)を用いることを特徴とする薄膜太陽電池。
1. Hydrogenated amorphous silicon (a-S)
i: H) -based thin film (including hydrogenated amorphous silicon carbon (a-SiC: H) and hydrogenated amorphous silicon germanium (a-SiGe: H)) p-layer,
In a thin-film solar cell having at least one pair of i-layer and n-layer pin junctions, the p-layer has a bonded hydrogen content of 13 at% or more and a microcrystalline phase of a bulk structure (film structure with a film thickness of 100 nm or more). Silicon thin film containing a p-type microcrystalline phase having a volume ratio of 65% to 92% (p-type μc-S
i: H) is used, The thin-film solar cell characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記p型μc−Si:Hを用いたp層の
膜厚が20nmから50nmの範囲であることを特徴と
する請求項1記載の薄膜太陽電池。
2. The thin-film solar cell according to claim 1, wherein the p-type layer using p-type μc-Si: H has a thickness of 20 nm to 50 nm.
【請求項3】 請求項1記載の薄膜太陽電池において、
前記p型μc−Si:Hの製造方法が、プラズマ化学気
相成長装置(p−CVD)を用いてシリコン(Si)元
素を含むガス、ホウ素(B)元素を含むガス、および水
素からなる混合ガスにより基板上にp型の微結晶相を含
むシリコン半導体薄膜を成長させる際に、基板の温度を
60℃から150℃の範囲に制御することを特徴とする
薄膜太陽電池の製造方法。
3. The thin film solar cell according to claim 1, wherein
The method for producing p-type μc-Si: H is a mixture of a gas containing a silicon (Si) element, a gas containing a boron (B) element, and hydrogen using a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus (p-CVD). A method for manufacturing a thin-film solar cell, wherein the temperature of the substrate is controlled in the range of 60 ° C. to 150 ° C. when a silicon semiconductor thin film containing a p-type microcrystalline phase is grown on the substrate by gas.
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CN100364115C (en) * 1998-02-17 2008-01-23 佳能株式会社 Photoconductive thin film and photovoltaic device using the same

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