JP2003068643A - 結晶性シリコン膜の作製方法及び太陽電池 - Google Patents
結晶性シリコン膜の作製方法及び太陽電池Info
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Abstract
ることなく結晶性シリコン膜を作製する新規な方法を提
供する。 【解決手段】 酸化物透明電極上に、アモルファスシリ
コン膜を形成する。そして、このアモルファスシリコン
膜に、好ましくは1mTorr〜1000mTorrの
雰囲気圧力で原子状水素を照射することによって結晶化
させる。
Description
の作製方法、及びこの方法によって作製された結晶性シ
リコン膜を含む太陽電池に関する。
膜太陽電池の製造時には、酸化物透明電極上に、微結晶
のシリコン膜を形成する必要がある。この微結晶シリコ
ン膜の作製は、従来、原料ガスを放電により分解させて
得た堆積種を用いて形成するプラズマCVD法、又は原
料ガスを固体触媒表面で分解させて得た堆積種を用いて
形成する触媒CVD法などによって実施されている。
シリコン膜の作製においては、アモルファスシリコン膜
を作製する場合と比較して、上述した堆積種に加えて多
量の水素ガスを必要とする。この水素ガスは、前記微結
晶シリコン膜の作製時において部分的に分解し、原子状
水素となる。この原子状水素は、前記酸化物透明電極を
還元し、その透過率を減少させてしまう。この結果、良
好な特性の太陽電池を得ることができないという問題が
あった。
率を減少させることなく結晶性シリコン膜を作製する新
規な方法を提供することを目的とする。
本発明は、酸化物透明電極上に結晶性シリコン膜を形成
させる方法であって、前記酸化物透明電極上に、アモル
ファスシリコン膜を形成した後、このアモルファスシリ
コン膜に原子状水素を照射することによって結晶化させ
ることを特徴とする、結晶性シリコン膜の作製方法に関
する。
検討を実施した。その結果、一段の工程によって酸化物
透明電極上に直接結晶性シリコン膜を作製する従来の方
法に代えて、酸化物透明電極上にアモルファスシリコン
膜を形成した後、このアモルファスシリコン膜に対して
原子状水素を照射する2段の工程によって結晶性シリコ
ン膜を作製する本発明の方法によって、上記目的を達成
できることを見出した。
れば、酸化物透明電極上には、アモルファスシリコン膜
が直接的に形成される。上述したように、アモルファス
シリコン膜の作製時には、比較的少量の水素ガスが用い
られるため、分解生成される原子状水素の絶対量も低減
される。したがって、原子状水素が酸化物透明電極を還
元することはほとんどなく、その透過率の劣化もほとん
ど生じない。
スシリコン膜に対して原子状水素を照射し結晶化させ
る。この際には、比較的多量の原子状水素が必要となる
が、この原子状水素は前記アモルファスシリコン膜中で
その拡散が抑止され、前記酸化物透明電極に達すること
がない。したがって、このような原子状水素が前記酸化
物透明電極を還元させて、その透過率を劣化させること
もない。
物透明電極を還元し、その透過率を減少させることな
く、前記酸化物透明電極上に結晶性シリコン膜を作製す
ることができる。そして、このようにして得た結晶性シ
リコン膜から太陽電池を構成することによって、良好な
特性の太陽電池を提供することができる。
に基づいて詳細に説明する。本発明では、酸化物透明電
極上に形成されたアモルファスシリコン膜に原子状水素
を照射するが、その照射条件は前記アモルファスシリコ
ン膜を結晶化させることができれば、特には限定されな
い。しかしながら、前記原子状水素の雰囲気圧力は1m
Torr〜1000mTorrであることが好ましく、
さらには10mTorr〜100mTorrであること
が好ましい。これによって、高結晶性のシリコン膜を比
較的短時間で簡易に作製することができる。
る前記原子状水素の照射時間についても特に限定されな
いが、上記雰囲気圧力においては1分〜5分である。
にして形成する。第1の方法としては、所定の成膜装置
を構成するチャンバー内に配置された酸化物透明電極と
対向させて高融点金属を設置し、この高融点金属を80
0℃以上、好ましくは1200〜1600℃に加熱す
る。次いで、水素ガス、ジボランガス、又はこれらの混
合ガスを前記チャンバー内に導入し、前記加熱された高
融点金属に接触させる。すると、前記水素ガスなどは前
記高融点金属の熱エネルギーを得て分解し、目的とする
原子状水素を得るものである。
て溶融しないような高い融点を有する金属であることが
必要であり、具体的には、W、Ta、Mo、V、Ti、
Pt又はこれら金属の2種以上の合金から構成する。
ガス、又はこれらの混合ガスを前記チャンバー内に導入
した後、前記チャンバー内に所定の直流電圧あるいは高
周波電圧を印加して、前記水素ガスなどを放電させる。
すると、この放電作用によって前記水素ガスなどが分解
し、目的とする原子状水素を得ることができる。
状水素がアモルファスシリコン膜上に十分に照射される
ように、前記チャンバー内における部材の位置及び酸化
物透明電極の設置場所を適宜調節する。
知の成膜方法に従って作製することができる。しかしな
がら、好ましくは原料ガスとしてシランガス及び水素ガ
スを用い、プラズマCVD法によって形成することが好
ましい。また、高融点金属を酸化物透明電極の近傍に配
置し、1200℃以上、好ましくは1600〜1800
℃に加熱する。そして、加熱された高融点金属に対して
原料ガスであるシランガスを接触、熱分解させて得た堆
積種を用いてアモルファスシリコン膜を形成する、いわ
ゆる触媒CVD法を用いて行なうこともできる。いずれ
の場合においても、短時間で効率よくアモルファスシリ
コン膜を形成することができる。
は、原子状水素を生成させた時と同じ金属材料から構成
することができる。また、アモルファスシリコン膜を形
成する際に用いる高融点金属は、原子状水素を生成させ
るときに用いた高融点金属と別個に設けることもできる
し、両者を共用することもできる。
コン膜を用いて太陽電池を作製する場合においては、前
記アモルファスシリコン膜内にBを含有させ、予めp型
の導電性を付与しておく。
導電性と透過性とを具える、酸化錫、インジウム酸化
錫、酸化亜鉛、酸化銅、又はこれら材料の2種以上の複
合体から作製することが好ましい。
種々の製品に対して用いることができるが、太陽電池、
特にスーパーストレート型の太陽電池に対して好ましく
用いることができる。
の一例を示す構成図である。図1に示すスーパーストレ
ート型の太陽電池10は、例えばソーダライムガラスな
どからなる基板1と、この基板1上に形成された、例え
ば上述したような材料から構成される酸化物透明電極2
とを有している。そして、酸化物透明電極2上には、本
発明の方法に従って形成された、p型導電性の結晶性シ
リコン膜3(p層)が設けられ、この結晶性シリコン膜
3上において、受光層としての非導電性の結晶性シリコ
ン膜4(i層)及びn型導電性のシリコン膜5(n層)
が順次に設けられている。
電極2と対する対向電極6が設けられている。この対向
電極6は多層膜構造を有しており、酸化亜鉛層6−1、
銀層6−2、及びアルミニウム層6−3の3層から構成
されている。そして、カットオフ波長以上の光が、受光
層として機能する結晶性シリコン膜4に入射すると、こ
の結晶性シリコン膜4が励起され、導電性のシリコン膜
3及び5を介し、酸化物透明電極2及び対向電極6を通
じて励起電流が取り出される。
池10は、酸化物透明電極2上において、本発明に従っ
て得た結晶性シリコン膜3を有しており、この結果、酸
化物透明電極2の透過率は十分高く保持されている。こ
のため、スーパーストレート型の太陽電池10の安定化
効率を十分に高くすることができる。
い、これをCVD装置のチャンバー内に設置した。次い
で、前記酸化錫電極上に、プラズマCVD法を用いてア
モルファスシリコン膜を厚さ20nmに形成した。な
お、原料ガスとしてシランガス及び水素ガスを用い、こ
れらをそれぞれ30sccm及び15sccmで流し
た。また、0.3W/cm2の電力を投入することによ
り前記原料ガスをプラズマ化した。
囲気圧力が100mTorrとなるように導入し、前記
水素ガスに対して0.5W/cm2の電力を投入するこ
とにより放電させ、原子状水素を生成させた。そして、
前記アモルファスシリコン膜に対して前記原子状水素を
10分間照射させた。照射後の膜に対してラマンスペク
トル分光法による評価を実施した。
300mTorrへ代えて、同様の原子状水素の照射を
行ない、同じく照射後の膜に対してラマンスペクトル分
光法による評価を実施した。
のラマンスペクトルを示すグラフである。図2から明ら
かなように、本実施例で得たシリコン膜からは、黒丸印
で示すように結晶性シリコンに起因した520cm−1
近傍における発光が観測され、良好な結晶性シリコン膜
となっていることが分かる。
除去して、酸化錫電極の透過率を測定したところ、波長
550nmの光に対して80%の透過率を示した。
電極を用い、この酸化錫電極上に直接結晶性のシリコン
膜を、厚さ20nmにプラズマCVD法により形成し
た。なお、原料ガスとしてシランガス及び水素ガスを用
い、これらをそれぞれ10sccm及び50sccmで
流した。また、0.5W/cm2の電力を投入すること
により前記原料ガスをプラズマ化した。ラマンスペクト
ル分光法によって上記シリコン膜は確かに結晶化してい
ることが確認された。さらに、結晶性シリコン膜をエッ
チング除去し、前記酸化錫電極の波長550nmにおけ
る透過率を調べたところ、40%であることが判明し
た。
ように、本発明の方法に従うことによって、酸化錫電極
の透過率を劣化させることなく、結晶性シリコン膜を作
製できることが分かる。
を作製する際に、水素ガスで希釈した濃度100ppm
のジボランガスを20sccmで添加し、Bを含有する
p型導電性の結晶性シリコン膜を形成した後、この結晶
性シリコン膜上に、順次受光層として機能する非導電性
の結晶性シリコン膜及びn型導電性のシリコン膜を形成
した。さらに、このn型導電性のシリコン膜上に、酸化
亜鉛層、銀層、及びアルミニウム層の3層からなる対向
電極を形成し、図1に示すようなスーパーストレート型
の太陽電池を作製した。
は、シランガス及び水素ガスを原料ガスとして用い、基
板温度300℃でプラズマCVD法により厚さ1μmに
形成した。また、シランガス及び水素ガスの流量はそれ
ぞれ10sccm及び100sccmとし、前記原料ガ
スのプラズマ化には、0.3W/cm2の高周波電力を
用いた。
ンガス及び水素で希釈した濃度100ppmのホスフィ
ンガスを原料ガスとして用い、基板温度300℃でプラ
ズマCVD法により、厚さ60nmに形成した。また、
シランガス及び前記水素希釈ホスフィンガスの流量は、
それぞれ30sccm及び20sccmとし、前記原料
ガスのプラズマ化には、0.3W/cm2の高周波電力
を用いた。また、3層構造の対向電極は、CVD法によ
って酸化亜鉛層を形成し、真空蒸着法によって銀層及び
アルミニウム層を形成することによって作製した。
の太陽電池の安定化効率を評価したところ、10%であ
ることが判明した。
を作製する際に、水素ガスで希釈した濃度100ppm
のジボランガスを20sccmで添加し、Bを含有する
p型導電性の結晶性シリコン膜を形成した後、実施例2
と同様にして、非導電性の結晶性シリコン膜及びn型シ
リコン膜を形成し、さらに実施例2と同じ3層構造の対
向電極を形成して、スーパーストレート型の太陽電池を
作製した。この太陽電池の安定化効率を評価したとこ
ろ、3%であることが判明した。
ように、本発明に従って形成したp型導電性の結晶性シ
リコン膜を含むスーパーストレート型の太陽電池は、酸
化物透明電極が高い透過率を有することに起因して、高
い安定化効率を有することが分かる。
態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は
上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸
脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能であ
る。
酸化物透明電極上に、その透過率を減少させることなく
結晶性シリコン膜を作製することができる。
す構成図である。
ンスペクトルを示すグラフである。
Claims (11)
- 【請求項1】 酸化物透明電極上に結晶性シリコン膜を
形成させる方法であって、 前記酸化物透明電極上に、アモルファスシリコン膜を形
成した後、このアモルファスシリコン膜に原子状水素を
照射することによって結晶化させることを特徴とする、
結晶性シリコン膜の作製方法。 - 【請求項2】 前記原子状水素の雰囲気圧力が、1mT
orr〜1000mTorrであることを特徴とする、
請求項1に記載の結晶性シリコン膜の作製方法。 - 【請求項3】 前記原子状水素は、800℃以上に加熱
した高融点金属に対して、水素ガス、ジボランガス、又
はこれらの混合ガスを接触させ、分解して得ることを特
徴とする、請求項1又は2に記載の結晶性シリコン膜の
作製方法。 - 【請求項4】 前記高融点金属は、W、Ta、Mo、
V、Ti、Pt又はこれら金属の2種以上の合金である
ことを特徴とする、請求項3に記載の結晶性シリコン膜
の作製方法。 - 【請求項5】 前記原子状水素は、水素ガス、ジボラン
ガス、又はこれらの混合ガスを放電させ、分解して得る
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の結晶性シリ
コン膜の作製方法。 - 【請求項6】 前記アモルファスシリコン膜は、120
0℃以上に加熱した高融点金属に対して原料ガスを接触
させ、分解して得た堆積種を用いて形成することを特徴
とする、請求項1〜5のいずれか一に記載の結晶性シリ
コン膜の作製方法。 - 【請求項7】 前記高融点金属は、W、Ta、Mo、
V、Ti、Pt又はこれら金属の2種以上の合金である
ことを特徴とする、請求項6に記載の結晶性シリコン膜
の作製方法。 - 【請求項8】 前記アモルファスシリコン膜は、プラズ
マCVD法により形成することを特徴とする、請求項1
〜5のいずれか一に記載の結晶性シリコン膜の作製方
法。 - 【請求項9】 前記アモルファスシリコン膜は、Bを含
みp型導電性を示すことを特徴とする、請求項1〜8の
いずれか一に記載の結晶性シリコン膜の作製方法。 - 【請求項10】 前記酸化物透明電極は、酸化錫、イン
ジウム酸化錫、酸化亜鉛、酸化銅、又はこれら材料の2
種以上の複合体から作製することを特徴とする、請求項
1〜9のいずれか一に記載の結晶性シリコン膜の作製方
法。 - 【請求項11】 請求項1〜10のいずれか一に記載の
方法によって作製された結晶性シリコン膜を含むスーパ
ーストレート型太陽電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001252393A JP2003068643A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 結晶性シリコン膜の作製方法及び太陽電池 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=19080877
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001252393A Pending JP2003068643A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 結晶性シリコン膜の作製方法及び太陽電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2003068643A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2001
- 2001-08-23 JP JP2001252393A patent/JP2003068643A/ja active Pending
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