JP2010534938A - Multijunction solar cell and method and apparatus for forming multijunction solar cell - Google Patents
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Abstract
本発明の実施形態は一般的に、太陽電池および太陽電池を形成するための方法および装置に関する。さらに詳細には、本発明の実施形態は、薄膜多接合太陽電池および薄膜多接合太陽電池を形成するための方法および装置に関する。本発明の実施形態はまた、改善型薄膜シリコン太陽電池および改善型薄膜シリコン太陽電池を形成するための方法および装置を含み、太陽電池における層のうちの1つまたは複数の層は、改善した電気的特徴および機械的特性を有し、従来の非晶質シリコン堆積プロセスより何倍も速い速度で堆積されることができる少なくとも1つの非晶質シリコン層を備える。
【選択図】 図1Embodiments of the present invention generally relate to solar cells and methods and apparatus for forming solar cells. More particularly, embodiments of the invention relate to thin film multijunction solar cells and methods and apparatus for forming thin film multijunction solar cells. Embodiments of the present invention also include improved thin film silicon solar cells and methods and apparatus for forming improved thin film silicon solar cells, wherein one or more of the layers in the solar cell are improved electrical It comprises at least one amorphous silicon layer that has mechanical characteristics and mechanical properties and can be deposited at a rate that is many times faster than conventional amorphous silicon deposition processes.
[Selection] Figure 1
Description
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は一般的に、太陽電池および太陽電池を形成するための方法および装置に関する。さらに詳細には、本発明の実施形態は、薄膜多接合太陽電池および薄膜多接合太陽電池を形成するための方法および装置に関する。
Field of Invention
[0001] Embodiments of the present invention generally relate to solar cells and methods and apparatus for forming solar cells. More particularly, embodiments of the invention relate to thin film multijunction solar cells and methods and apparatus for forming thin film multijunction solar cells.
関連技術の詳細
[0002]太陽電池は、太陽放射および他の光を使用可能な電気エネルギに変換する。エネルギ変換は、光起電力効果の結果として生じる。太陽電池は、結晶材料または非結晶材料または微晶質材料から形成されてもよい。一般的に、今日、大量生産される太陽電池には、主に結晶シリコン太陽電池および薄膜太陽電池の2種類がある。結晶シリコン太陽電池は典型的に、単結晶基板(すなわち、純シリコンの単一結晶基板)または多数結晶シリコン基板(すなわち、ポリ結晶またはポリシリコン)のいずれかを使用する。追加膜層は、シリコン基板の上に堆積され、光の捕捉を改善し、電気回路を形成し、デバイスを保護する。薄膜太陽電池は、適切な基板の上に堆積される材料の薄層を使用し、1つまたは複数のp−n接合を形成する。適切な基板は、ガラス、金属およびポリマー基板を含む。薄膜太陽電池の特性は、光に曝されると、時間と共に劣化し、デバイスの安定性を所望より低下させる可能性があることが分かっている。劣化する可能性がある代表的な太陽電池特性は、曲線因子(FF)、短絡回路電流および開回路電圧(Voc)である。
Details of related technology
[0002] Solar cells convert solar radiation and other light into usable electrical energy. Energy conversion occurs as a result of the photovoltaic effect. Solar cells may be formed from crystalline or amorphous materials or microcrystalline materials. In general, there are two main types of solar cells that are mass-produced today: crystalline silicon solar cells and thin film solar cells. Crystalline silicon solar cells typically use either a single crystal substrate (ie, a single crystal substrate of pure silicon) or a multiple crystal silicon substrate (ie, polycrystal or polysilicon). Additional film layers are deposited on the silicon substrate to improve light capture, form an electrical circuit and protect the device. Thin film solar cells use a thin layer of material deposited on a suitable substrate to form one or more pn junctions. Suitable substrates include glass, metal and polymer substrates. It has been found that the properties of thin film solar cells degrade over time when exposed to light, which can reduce the stability of the device than desired. Typical solar cell characteristics that can degrade are fill factor (FF), short circuit current, and open circuit voltage (Voc).
[0003]現在の薄膜太陽電池に関する問題点は、効率が低いことと、コストが高いことを含む。したがって、改善した薄膜太陽電池、および工場環境において改善した薄膜太陽電池を形成するための方法および装置に対する需要がある。また、高い曲線因子、高い短絡回路電流、高い開回路電圧および良好なデバイス安定性を有する高い安定性のp−i−n太陽電池を作成するプロセスに関する需要もある。 [0003] Problems with current thin film solar cells include low efficiency and high cost. Accordingly, there is a need for improved thin film solar cells and methods and apparatus for forming improved thin film solar cells in a factory environment. There is also a need for a process for making high stability pin solar cells with high fill factor, high short circuit current, high open circuit voltage and good device stability.
[0004]本発明の実施形態は、薄膜多接合太陽電池および薄膜多接合太陽電池を形成するための方法および装置に関する。一実施形態において、基板の上に薄膜多接合太陽電池を形成する方法は、第1のp−i−n接合を形成することと、第1のp−i−n接合の上に第2のp−i−n接合を形成することと、を含む。第1のp−i−n接合を形成することは、p型非晶質シリコン層を形成することと、p型非晶質シリコン層の上に真性型非晶質シリコン層を形成することと、真性型非晶質シリコン層の上にn型微晶質シリコン層を形成することと、を備える。第2のp−i−n接合を形成することは、p型微晶質シリコン層を形成することと、p型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成することと、真性型微晶質層の上にn型非晶質シリコン層を形成することと、を備えてもよい。一実施形態において、薄膜多接合太陽電池を形成するための装置は、第1のp−i−n接合を形成するように構成された少なくとも1つの第1のシステムと、第1のp−i−n接合の上に第2のp−i−n接合を形成するように構成された少なくとも1つの第2のシステムと、を備える。第1のシステムは、p型非晶質シリコン層を堆積するように構成された1つのp型チャンバと、真性型非晶質シリコン層およびn型微晶質シリコン層を堆積するようにそれぞれ構成された複数のi/nチャンバと、を備えてもよい。第2のシステムは、p型微晶質シリコン層を堆積するように構成された1つのp型チャンバと、真性型微晶質シリコン層およびn型非晶質シリコン層を堆積するようにそれぞれ構成された複数のi/nチャンバと、を備えてもよい。 [0004] Embodiments of the invention relate to thin film multijunction solar cells and methods and apparatus for forming thin film multijunction solar cells. In one embodiment, a method of forming a thin film multi-junction solar cell on a substrate includes forming a first pin junction and forming a second pin on the first pin junction. forming a p-i-n junction. Forming the first pin junction includes forming a p-type amorphous silicon layer, forming an intrinsic type amorphous silicon layer on the p-type amorphous silicon layer, and Forming an n-type microcrystalline silicon layer on the intrinsic type amorphous silicon layer. Forming the second pin junction includes forming a p-type microcrystalline silicon layer, and forming an intrinsic microcrystalline silicon layer on the p-type microcrystalline silicon layer. Forming an n-type amorphous silicon layer on the intrinsic microcrystalline layer. In one embodiment, an apparatus for forming a thin film multi-junction solar cell includes at least one first system configured to form a first pin junction and a first pin. At least one second system configured to form a second pin junction over the -n junction. The first system is configured to deposit one p-type chamber configured to deposit a p-type amorphous silicon layer and an intrinsic type amorphous silicon layer and an n-type microcrystalline silicon layer, respectively. A plurality of i / n chambers. The second system is configured to deposit one p-type chamber configured to deposit a p-type microcrystalline silicon layer and an intrinsic microcrystalline silicon layer and an n-type amorphous silicon layer, respectively. A plurality of i / n chambers.
[0005]本発明の実施形態は、基板の上に薄膜多接合太陽電池を形成する方法であって、基板に第1の光起電力接合を形成することと、第1の光起電力接合の上に第2の光起電力接合を形成することと、を備え、p型微晶質シリコン層を形成することと、p型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成することと、真性型微晶質シリコン層が形成されるときに、1つまたは複数のプロセス変数は、真性型微晶質シリコン層の厚さ内の2箇所以上の点で結晶留分を制御するように調整されることと、真性型微晶質層の上にn型非晶質シリコン層を形成することと、を備える方法をさらに提供してもよい。 [0005] An embodiment of the present invention is a method of forming a thin film multi-junction solar cell on a substrate, the method comprising: forming a first photovoltaic junction on the substrate; and Forming a second photovoltaic junction thereon, forming a p-type microcrystalline silicon layer, and forming an intrinsic microcrystalline silicon layer on the p-type microcrystalline silicon layer And when the intrinsic type microcrystalline silicon layer is formed, one or more process variables control the crystal fraction at two or more points within the thickness of the intrinsic type microcrystalline silicon layer. There may be further provided a method comprising adjusting to do so and forming an n-type amorphous silicon layer on the intrinsic microcrystalline layer.
[0006]本発明の実施形態は、基板の上に薄膜多接合太陽電池を形成する方法であって、基板に第1の光起電力接合を形成することを備え、p型非晶質シリコン層を形成することと、p型非晶質シリコン層の上に真性型非晶質シリコン層を形成することを備え、真性型非晶質シリコン層は、p−i緩衝真性型非晶質シリコン層およびバルク真性型非晶質シリコン層を含み、真性型非晶質シリコン層の上にn型微晶質シリコン層を形成することと、第1の光起電力接合の上に第2の光起電力接合を形成することと、を備え、p型微晶質シリコン層を形成することと、p型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成することと、真性型微晶質層の上にn型非晶質シリコン層を形成することと、を備える方法を提供してもよい。 [0006] An embodiment of the present invention is a method of forming a thin film multi-junction solar cell on a substrate, comprising forming a first photovoltaic junction on the substrate, a p-type amorphous silicon layer And forming an intrinsic type amorphous silicon layer on the p type amorphous silicon layer, wherein the intrinsic type amorphous silicon layer is a pi buffer intrinsic type amorphous silicon layer. And forming an n-type microcrystalline silicon layer on the intrinsic amorphous silicon layer and a second photovoltaic layer on the first photovoltaic junction. Forming a power junction; forming a p-type microcrystalline silicon layer; forming an intrinsic microcrystalline silicon layer on the p-type microcrystalline silicon layer; and Forming an n-type amorphous silicon layer on the crystalline layer.
[0007]本発明の実施形態は、タンデム接合光起電力デバイスであって、第1の光起電力接合および第2の光起電力接合を備え、第2の光起電力接合は、pドープ微晶質シリコン層、真性型微晶質シリコン層を備え、真性型微晶質シリコン層は、多重ステップ堆積プロセスによって形成され、各堆積ステップは水素対シランの異なる比を有するガス混合物を有し、各堆積ステップにおいて異なる膜結晶留分を形成し、nドープ非晶質シリコン層は、真性型微晶質シリコン層に隣接するデバイスをさらに提供してもよい。一実施形態において、水素対シランの異なる比は、真性型微晶質シリコン層の全体厚さにわたって均一に形成される結晶留分を制御する。 [0007] An embodiment of the present invention is a tandem junction photovoltaic device comprising a first photovoltaic junction and a second photovoltaic junction, wherein the second photovoltaic junction is a p-doped microelectrode. Comprising an amorphous silicon layer, an intrinsic type microcrystalline silicon layer, wherein the intrinsic type microcrystalline silicon layer is formed by a multi-step deposition process, each deposition step having a gas mixture having a different ratio of hydrogen to silane; A different film crystal fraction is formed in each deposition step, and the n-doped amorphous silicon layer may further provide a device adjacent to the intrinsic type microcrystalline silicon layer. In one embodiment, the different ratios of hydrogen to silane control the crystalline fraction that is uniformly formed over the entire thickness of the intrinsic type microcrystalline silicon layer.
[0008]本発明の上記で記載した特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に概要を述べた本発明のさらに詳細な説明は、実施形態を参照して行われてもよく、実施形態の一部は添付図面に図示される。 [0008] In order to provide a thorough understanding of the above-described features of the invention, a more detailed description of the invention, briefly outlined above, may be had by reference to embodiments. Some of the embodiments are illustrated in the accompanying drawings.
[0019]しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを図示しており、したがって、本発明は、他の等しく効果的な実施形態を認めてもよいことから、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではないことに留意すべきである。 [0019] However, the accompanying drawings only illustrate exemplary embodiments of the invention, and thus the invention may recognize other equally effective embodiments, so that the scope of the invention It should be noted that should not be considered limiting.
[0020]理解を容易にするために、可能である場合には、図面に対して共通である同一の要素を表すために、同一の参照符号が使用される。 [0020] To facilitate understanding, identical reference numerals have been used, where possible, to represent identical elements that are common to the drawings.
[0021]本発明の実施形態は、改善型薄膜多接合太陽電池および改善型薄膜多接合太陽電池を形成するための方法および装置を含む。図1は、光または太陽放射101に向けられた多接合太陽電池100の一定の実施形態の概略図である。太陽電池100は、基板の上に形成される薄膜を用いるガラス基板、ポリマー基板、金属基板または他の適切な基板などの基板102を備える。太陽電池100は、基板102の上に形成される第1の透明導電性酸化物(TCO)層110と、第1のTCO層110の上に形成される第1のp−i−n接合120と、第1のp−i−n接合120の上に形成される第2のp−i−n接合130と、第2のp−i−n接合130の上に形成される第2のTCO層140と、第2のTCO層140の上に形成される金属バッキング層150と、をさらに備える。光捕獲を強化することによる光の吸収を改善するために、基板および/または基板の上に形成される薄膜のうちの1つまたは複数が、ウェットプロセス、プラズマプロセス、イオンプロセスおよび/または機械的プロセスによって任意に組織構成されてもよい。たとえば、図1の実施形態において、第1のTCO層110の上に堆積される次の薄膜が一般的に、薄膜の下の表面の地形に従うように、第1のTCO層110が、組織構成される。
[0021] Embodiments of the present invention include improved thin film multi-junction solar cells and methods and apparatus for forming improved thin film multi-junction solar cells. FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of a multi-junction
[0022]第1のTCO層110および第2のTCO層140はそれぞれ、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、スズ酸カドミウム、これらの組み合わせ、または他の適切な材料を備えてもよい。TCO材料はまた、追加のドーパントおよび構成要素を含んでもよいことが理解される。たとえば、酸化亜鉛は、アルミニウム、ガリウム、ホウ素などのドーパントおよび他の適切なドーパントをさらに含んでもよい。酸化亜鉛は好ましくは、ドーパントの5原子%以下を備え、さらに好ましくは、2.5原子%以下のアルミニウムを備える。一定の場合には、基板102は、既に提供された第1のTCO層110を用いて、ガラス製造業者によって提供されてもよい。
[0022] The
[0023]第1のp−i−n接合120は、p型非晶質シリコン層122、p型非晶質シリコン層122の上に形成される真性型非晶質シリコン層124、真性型非晶質シリコン層124の上に形成されるn型微晶質シリコン層126を備えてもよい。一定の実施形態において、p型非晶質シリコン層122は、約60Å〜約300Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、真性型非晶質シリコン層124は、約1,500Å〜約3,500Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、n型微晶質半導体層126は、約100Å〜約400Åの間の厚さに形成されてもよい。
[0023] The
[0024]第2のp−i−n接合130は、p型微晶質シリコン層132、p型微晶質シリコン層132の上に形成される真性型微晶質シリコン層134、真性型微晶質シリコン層134の上に形成されるn型非晶質シリコン層136を備えてもよい。一定の実施形態において、p型微晶質シリコン層132は、約100Å〜約400Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、真性型微晶質シリコン層134は、約10,000Å〜約30,000Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、n型非晶質シリコン層136は、約100Å〜約500Åの間の厚さに形成されてもよい。
[0024] The
[0025]金属バッキング層150は、Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、これらの合金またはこれらのの組み合わせからなるグループから選択される材料を含んでもよいが、これらに限定されるわけではない。レーザスクライビングプロセスなどの他のプロセスを行って、太陽電池100を形成してもよい。他の膜、材料、基板および/または実装は、金属バッキング層150の上に提供されて、太陽電池を完成してもよい。太陽電池は、相互接続されてモジュールを形成してもよく、次にモジュールが接続されてアレイを形成することができる。
[0025] The
[0026]太陽放射101は、p−i−n接合120、130の真性層によって吸収され、電子−正孔の対に変換される。p型層と、真性層を横切って延びるn型層との間に形成される電界は、電子をn型層に向けて流れさせ、正孔をp型層に向かって流れさせて電流を作成する。非晶質シリコンおよび微晶質シリコンは、太陽放射101の異なる波長を吸収するために、第1のp−i−n接合120は、真性型非晶質シリコン層124を備え、第2のp−i−n接合130は、真性型微晶質シリコン層134を備える。したがって、太陽電池100は、太陽放射スペクトルのより大きい部分を捕捉するために、さらに効率的である。非晶質シリコンは、微晶質シリコンより大きいバンドギャップを有するために、非晶質シリコンの真性層および微晶質の真性層は、最初に太陽放射101が真性型非晶質シリコン層124に当たり、次に、真性型微晶質シリコン層134に当たるように積層される。第1のp−i−n接合120によって吸収されなかった太陽放射は、第2のp−i−n接合130へと続く。驚くべきことに、太陽電池に関して提供された第1のp−i−n接合120および第2のp−i−n接合130のp−i−n層の本願明細書に開示された厚さは、太陽電池を製作するのに改善した効率および低減したコストを用いることが分かった。請求項に明確に記載されない限り、理論によって拘束されることを欲しているわけではなく、一方ではより厚い真性層124、134は、より大量の太陽放射スペクトルを吸収するのに有益であり、他方では、真性層124、134および/またはp−i−n接合120、130は、厚すぎると、中を流れる電子の流れが阻まれると考えられている。
[0026]
[0027]一態様において、太陽電池100は、第1のp−i−n接合120と第2のp−i−n接合130との間の金属トンネル層を利用する必要がない。第1のp−i−n接合120のn型微晶質シリコン層126およびp型微晶質シリコン層132は、第1のp−i−n接合120から第2のp−i−n接合130に電子が流れることを可能にするために、トンネル接合を提供するほど十分な導電性を有する。
[0027] In one aspect, the
[0028]一態様において、第2のp−i−n接合130のn型非晶質シリコン層136は、空気中の酸素など酸素からの攻撃に対してより耐性があるため、増強された太陽電池効率を提供すると考えられる。酸素は、シリコン膜を攻撃する可能性があり、したがって、不純物を形成して、その中の電子/正孔輸送に関与する膜の能力を低下させる。太陽電池構造/デバイスを形成する非晶質シリコン層対結晶シリコン層のより低い電気抵抗率は、形成される第2のp−i−n接合130における電力発生における望ましくない分路の作用の低減のために改善した電気特性を有するとも考えられる。形成されるp−i−n層を通って一般的に垂直に延在する分路は、形成される太陽電池デバイスの局所的な横領域を短絡させることによって、太陽電池性能を劣化させる。したがって、非晶n型層の横抵抗(すなわち、垂直方向に対して直交する)は、結晶層よりはるかに高いため、短絡型欠陥が形成される太陽電池の残る部分にある作用はさらに小さくなる。短絡型欠陥の作用の低減は、太陽電池のデバイス性能を改善する。
[0028] In one aspect, the n-type
[0029]図2は、真性型非晶質シリコン層124とn型微晶質シリコン層126との間に形成されるn型非晶質シリコン緩衝層125をさらに備える、図1の多接合太陽電池100の概略図である。一定の実施形態において、n型非晶質シリコン緩衝層125は、約10Å〜約200Åの間の厚さに形成されてもよい。n型非晶質シリコン緩衝層125は、真性型非晶質シリコン層124とn型微晶質シリコン層126との間に存在すると考えられるバンドギャップの片寄りを埋めるのに役立つと考えられる。それゆえに、強化した電流収集のために、太陽電池効率は、改善されると考えられる。
[0029] FIG. 2 shows the multijunction solar of FIG. 1 further comprising an n-type amorphous
[0030]図3は、第1のTCO層110とp型非晶質シリコン層122との間に形成されるp型微晶質シリコン接触層121をさらに備える、図1の多接合太陽電池100の概略図である。一定の実施形態において、p型微晶質シリコン接触層121は、約20Å〜約200Åの間の厚さに形成されてもよい。p型微晶質シリコン接触層121は、TCO層との低い抵抗接触を達成するのに役立つと考えられる。それゆえに、真性型非晶質シリコン層122と酸化亜鉛第1のTCO層110との間の電流が改善されるために、太陽電池効率は、改善されると考えられる。大量の水素が、接触層を形成するために使用されるため、p型微晶質シリコン接触層121は、水素プラズマに対して耐性のある材料、たとえば、酸化亜鉛などを備えるTCO層と共に使用されることが好ましい。酸化スズは、水素プラズマによって化学的に還元されるため、p型微晶質シリコン接触層と共に使用するためには、酸化スズは、適していないことが分かっている。太陽電池100は、図2に示されるように、真性型非晶質シリコン層124とn型微晶質半導体層126との間に形成される任意のn型非晶質シリコン緩衝層をさらに備えてもよいことが、さらに理解される。
FIG. 3 shows the multi-junction
[0031]図4は、図1、図2または図3の太陽電池100などの太陽電池の1つまたは複数の膜が堆積されてもよい、プラズマ強化型化学気相堆積(PECVD)チャンバ400の一実施形態の概略断面図である。1つの適したプラズマ強化型化学気相堆積チャンバは、カリフォルニア州サンタクララに位置するApplied Materials,Inc.から入手可能である。他の製造業者によるチャンバを含めて、他の堆積チャンバが、本発明を実現するために利用されてもよいことは検討される。
[0031] FIG. 4 illustrates a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD)
[0032]チャンバ400は一般的に、壁402と、下部404と、シャワーヘッド410と、基板支持体430と、を含み、プロセス体積406を画定する。プロセス体積には、弁408を通ってアクセスされ、基板100などの基板が、チャンバ400の内外に移送されてもよいようになっている。基板支持体430は、基板を支持するための基板収容表面432と、基板支持体430を上昇および下降するためのリフトシステム436に連結されるステム434と、を含む。シャドウフロム(shadow from)433は、基板100の周囲に任意に配置されてもよい。リフトピン438は、基板支持体430を通って移動可能であるように配列され、基板を基板収容表面432に移動したり、基板を基板収容表面432から移動したりする。基板支持体430はまた、所望の温度で基板支持体430を維持するために、加熱および/または冷却要素439を含んでもよい。基板支持体430はまた、基板支持体430の周囲でRF接地を提供するために、接地ストラップ431を含んでもよい。接地ストラップの実施例は、2000年2月15日公表のLawらに付与された米国特許第6,024,044号および2006年12月20日出願のParkらに付与された米国特許出願第11/613,934号に開示されており、いずれの特許も本開示と矛盾しない限り、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。
[0032] The
[0033]シャワーヘッド410は、懸架装置414によって、シャワーヘッド410の周囲でバッキングプレート412に連結される。シャワーヘッド410はまた、シャワーヘッド410の弛みの防止および/またはシャワーヘッド410の真直度/曲率の制御に役立つようにするために、1つまたは複数の中心支持体416によってバッキングプレートに連結されてもよい。ガス源420が、バッキングプレート412に連結され、バッキングプレート412を通り、シャワーヘッド410を通り、基板収容表面432にガスを供給する。真空ポンプ409が、チャンバ400に連結され、所望の圧力でプロセス体積406を制御する。RF電源422が、バッキングプレート412および/またはシャワーヘッド410に連結され、RF電力をシャワーヘッド410に提供し、その結果、電界がシャワーヘッドと基板支持体との間に作成されて、プラズマが、シャワーヘッド410と基板支持体430との間で、ガスから生成されてもよいようになっている。約0.3MHz〜約200MHzの周波数など種々のRF周波数が使用されてもよい。一実施形態において、RF電源は、13.56MHzの周波数で提供される。シャワーヘッドの実施例は、2002年11月12日公表のWhiteらに付与された米国特許第6,477,980号、2006年11月17日公開のChoiらに付与された米国特許公開20050251990号および2006年3月23日公開のKellerらに付与された米国特許公開2006/0060138号に開示されており、いずれの特許も本開示と矛盾しない限り、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。
[0033] The
[0034]誘導結合された遠隔プラズマ源などの遠隔プラズマ源424もまた、ガス源とバッキングプレートとの間に連結されてもよい。遠隔プラズマが生成されて、チャンバ構成要素を洗浄するために提供されるように、処理基板の間で、洗浄ガスが、遠隔プラズマ源424に提供されてもよい。洗浄ガスは、シャワーヘッドに提供されるRF電源422によってさらに励起されてもよい。適切な洗浄ガスは、NF3、F2およびSF6を含むが、限定されるわけではない。遠隔プラズマ源の実施例は、1998年8月4日公表のShangらに付与された米国特許第5,788,778号に開示されており、本開示と矛盾しない限り、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。
[0034] A
[0035]図1、図2または図3の太陽電池100のシリコン層のうちの1つまたは複数の層などの1つまたは複数のシリコン層の堆積方法は、図4のプロセスチャンバまたは他の適切なチャンバにおける次の堆積パラメータを含んでもよい。10,000cm2以上、好ましくは40,000cm2以上、さらに好ましくは55,000cm2以上の表面積を有する基板が、チャンバに提供される。処理後、基板は、切断されて、より小さな太陽電池を形成してもよいことが、理解される。
[0035] The method of depositing one or more silicon layers, such as one or more of the silicon layers of the
[0036]一実施形態において、加熱および/または冷却要素439は、堆積中に、約400℃以下、好ましくは約100℃〜約400℃、さらに好ましくは約150℃〜約300℃、たとえば、約200℃などの基板支持温度を提供するように設定されてもよい。
[0036] In one embodiment, the heating and / or
[0037]基板収容表面432の上に配列される基板の上表面とシャワーヘッド410との間の堆積中の間隔は、400ミル〜約1,200ミルであってもよく、好ましくは400ミル〜約800ミルである。
[0037] The spacing during deposition between the upper surface of the substrate arranged on the
[0038]シリコン膜の堆積の場合には、シリコンベースのガスおよび水素ベースのガスが、提供される。適切なシリコンベースのガスは、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、四フッ化シリコン(SiF4)、四塩化シリコン(SiCl4)、ジクロロシラン(SiH2Cl2)およびこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されるわけではない。適切な水素ベースのガスは、水素ガス(H2)を含むが、これに限定されるわけではない。p型シリコン層のp型ドーパントはそれぞれ、ホウ素またはアルミニウムなどのIII族元素を備えてもよい。好ましくは、ホウ素は、p型ドーパントとして使用される。ホウ素を含有する源の実施例は、トリメチルボロン((TMB)(またはB(CH3)H3))、ジボラン(B2H6)、BF3、B(C2H5)3および類似の化合物を含む。好ましくは、TMBは、p型ドーパントとして使用される。n型シリコン層のn型ドーパントはそれぞれ、リン、ヒ素またはアンチモンなどのV族元素を備えてもよい。好ましくは、リンは、n型ドーパントとして使用される。リンを含有する源の実施例は、ホスフィンおよび類似の化合物を含む。ドーパントは典型的に、水素、アルゴン、ヘリウムおよび他の適切な化合物などの搬送ガスと共に提供される。本願明細書に開示される処理型において、水素ガスの総流量が、提供される。したがって、水素ガスが、ドーパントの場合のように、搬送ガスとして提供される場合には、どれほどの追加水素ガスがチャンバに提供されるべきかを決定するために、搬送ガスの流量は、水素の総流量から減算されるべきである。 [0038] In the case of silicon film deposition, a silicon-based gas and a hydrogen-based gas are provided. Suitable silicon-based gases are silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), silicon tetrafluoride (SiF 4 ), silicon tetrachloride (SiCl 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and these Including, but not limited to, combinations. Suitable hydrogen-based gases include, but are not limited to, hydrogen gas (H 2 ). Each p-type dopant in the p-type silicon layer may comprise a group III element such as boron or aluminum. Preferably boron is used as the p-type dopant. Examples of sources containing boron are trimethylboron ((TMB) (or B (CH 3 ) H 3 )), diborane (B 2 H 6 ), BF 3 , B (C 2 H 5 ) 3 and similar Contains compounds. Preferably, TMB is used as a p-type dopant. Each n-type dopant in the n-type silicon layer may comprise a group V element such as phosphorus, arsenic or antimony. Preferably, phosphorus is used as the n-type dopant. Examples of sources containing phosphorus include phosphine and similar compounds. The dopant is typically provided with a carrier gas such as hydrogen, argon, helium and other suitable compounds. In the processing mold disclosed herein, the total flow rate of hydrogen gas is provided. Thus, when hydrogen gas is provided as a carrier gas, as in the case of a dopant, the carrier gas flow rate is determined by the hydrogen gas flow to determine how much additional hydrogen gas should be provided to the chamber. Should be subtracted from the total flow.
[0039]図3の接触層121などのp型微晶質シリコン接触層を堆積する一定の実施形態は、約200:1以上の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約0.1sccm/L〜約0.8sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約60sccm/L〜約500sccm/Lの流量で提供されてもよい。トリメチルボロンは、約0.0002sccm/L〜約0.0016sccm/Lの流量で提供されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンが、搬送ガスの0.5%モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント/搬送ガスの混合物は、約0.04sccm/L〜約0.32sccm/Lの流量で提供されてもよい。本開示における流量は、内部チャンバ体積当たりのsccmとして表現される。内部チャンバ体積は、ガスが占めることができるチャンバの内部の体積として定義される。たとえば、チャンバ400の内部チャンバ体積は、バッキングプレート412およびチャンバの壁402および下部404によって定義される体積からシャワーヘッドアセンブリ(すなわち、シャワーヘッド410、懸架装置414、中心支持体415を含む)および基板支持体アセンブリ(すなわち、基板支持体430、接地ストラップ431を含む)によってその中に占められる体積を引いたものである。約50mW/cm2〜約700mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。本開示におけるRF電力は、基板面積当たりの電極に供給されるW(ワット)として表現される。たとえば、220cm×260cmの寸法を有する基板を処理するためにシャワーヘッドに供給される10,385WのRF電力の場合には、RF電力は、10,385W/(220cm×260cm)=180mW/cm2である。チャンバの圧力は、約1トール〜約100トール、好ましくは約3トール〜約20トール、さらに好ましくは4トール〜約12トールに維持されてもよい。p型微晶質シリコン接触層の堆積速度は、約10Å/分以上であってもよい。p型微晶質シリコン接触層は、約20%〜約80%、好ましくは50%〜約70%の結晶留分を有する。
[0039] Certain embodiments of depositing a p-type microcrystalline silicon contact layer, such as
[0040]図1、図2または図3のシリコン層122などのp型非晶質シリコン層を堆積する一定の実施形態は、約20:1以下の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約1sccm/L〜約10sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約5sccm/L〜約60sccm/Lの流量で提供されてもよい。トリメチルボロンは、約0.005sccm/L〜約0.05sccm/Lの流量で提供されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンが、搬送ガスの0.5%モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント/搬送ガスの混合物は、約1sccm/L〜約10sccm/Lの流量で提供されてもよい。メタンは、約1sccm/L〜約15sccm/Lの流量で提供されてもよい。約15mW/cm2〜約200mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約0.1トール〜20トール、好ましくは約1トール〜約4トールに維持される。p型非晶質シリコン層の堆積速度は、約100Å/分以上であってもよい。C3H8、C4H10、C2H2などのメタンまたは他の炭素含有化合物を使用して、p型非晶質シリコン層の窓特性を改善する(たとえば、太陽放射の吸収を低下させる)ことができる。それゆえに、増大した量の太陽放射が、真性層を通って吸収されてもよく、それゆえに、太陽電池効率が改善される。トリメチルボロンがp型非晶質シリコン層122におけるホウ素ドーパントを提供するために使用される実施形態において、ホウ素ドーパント濃度は、約1×1018原子/cm2〜約1×1020原子/cm2に維持される。メタンガスが炭化シリコン層としてp型層を形成するように提供するために使用される実施形態において、炭素ドーパント濃度は、層の約10原子%〜約20原子%に制御される。
[0040] Certain embodiments of depositing a p-type amorphous silicon layer, such as the
[0041]図1、図2または図3のシリコン層124などの真性型非晶質シリコン層を堆積する一定の実施形態は、約20:1以下の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備える。シランガスは、約0.5sccm/L〜約7sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約5sccm/L〜約60sccm/Lの流量で提供されてもよい。約15mW/cm2〜約250mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約0.1トール〜20トール、好ましくは約0.5トール〜約5トールに維持されてもよい。真性型非晶質シリコン層の堆積速度は、約100Å/分以上であってもよい。例示の実施形態において、真性型非晶質シリコン層は、約12.5:1の水素対シランの比で堆積される。
[0041] Certain embodiments of depositing an intrinsic type amorphous silicon layer, such as the
[0042]一実施形態において、図1、図2または図3のシリコン層124などの真性型非晶質シリコン層の堆積は、多重ステップ堆積プロセスなどの2つ以上のステップを含んでもよい。たとえば、バルク真性型非晶質シリコン層堆積プロセスの前に、図9に描かれるようなp−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)904は、p型非晶質シリコン層の上に堆積されてもよい。PIB層904の詳細の説明は、図9に関連して以下にさらに詳細に記載される。p−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)およびバルクi型非晶質シリコン層124は、異なる所望の膜特性を用いる層を形成するために、堆積中にプロセスパラメータを円滑に変化させることによって、1つのチャンバにおいて堆積されてもよい。p−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)は、下にあるp型非晶質シリコン層に対する損傷を最小限に抑えるために、比較的低いRF電力を用いるような方式で堆積される。その上に、下にあるp型非晶質シリコン層およびバルクi型非晶質シリコン層124はそれぞれ、異なる膜透明度および特性を有するため、緩衝i型非晶質シリコン層は、各層における膜特性を円滑に移行するのを支援してもよく、それにより、光学バンドギャップ(OBG)における著しい変化を最小限に抑え、したがって、より広いバンドギャップを提供し、約20meV〜50meVの開回路電圧を改善する。
[0042] In one embodiment, the deposition of an intrinsic type amorphous silicon layer, such as
[0043]一実施形態において、p−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)は、約40:1以下、たとえば、約30:1未満、たとえば、約20:1〜約30:1、たとえば、25などの比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することによって堆積されてもよい。シランガスは、約0.5sccm/L〜約5sccm/L、たとえば、約2.28sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約20sccm/L〜約65sccm/Lなどの約5sccm/L〜約80sccm/L、たとえば、約57sccm/Lの流量で提供されてもよい。約30mW/cm2などの15mW/cm2〜約250mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約0.1トール〜20トール、好ましくは、約3トールなどの約0.5トール〜約5トールに維持されてもよい。p−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)の堆積速度は、約100Å/分以上であってもよい。p−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)の厚さは、約0Å〜約200Åなどの約0Å〜約500Å、たとえば、約100Åである。p−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)およびバルク真性型非晶質シリコン層124は、1つのチャンバで統合して堆積されてもよく、または別個のチャンバに個別に堆積されてもよいことに留意すべきである。
[0043] In one embodiment, the pi buffered intrinsic type amorphous silicon layer (PIB layer) is about 40: 1 or less, such as less than about 30: 1, such as from about 20: 1 to about 30: 1. For example, it may be deposited by providing a gas mixture of hydrogen gas to silane gas in a ratio such as 25. Silane gas may be provided at a flow rate between about 0.5 sccm / L and about 5 sccm / L, such as about 2.28 sccm / L. Hydrogen gas may be provided at a flow rate between about 5 sccm / L and about 80 sccm / L, such as about 20 sccm / L to about 65 sccm / L, such as about 57 sccm / L. RF power from 15 mW / cm 2 to about 250 mW / cm 2, such as about 30 mW / cm 2 , may be provided to the showerhead. The chamber pressure may be maintained from about 0.5 Torr to about 5 Torr, such as about 0.1 Torr to 20 Torr, preferably about 3 Torr. The deposition rate of the pi buffer intrinsic type amorphous silicon layer (PIB layer) may be about 100 Å / min or more. The thickness of the pi buffer intrinsic type amorphous silicon layer (PIB layer) is about 0 to about 500 mm, such as about 0 to about 200 mm, such as about 0 to about 200 mm. The p-i buffered intrinsic type amorphous silicon layer (PIB layer) and the bulk intrinsic type
[0044]p−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)が、所望の厚さに達した場合には、緩衝真性型非晶質シリコン層124に関して供給されたガス混合物は、次のバルク真性型非晶質シリコン層124を堆積するために可変であってもよい。バルク真性型非晶質シリコン層124に対するp−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)の堆積への移行中に、ガス混合物に供給された水素ガスは、徐々に減少され、シランガスは依然として、同一または徐々に増大されてもよい。一実施形態において、ガス混合物における水素ガス対シランガスの比は、25:1から約12.5:1に変化し、p−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)の堆積をバルク真性型非晶質シリコン層124の堆積に移行する。RF電力は、p−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)堆積の場合の約30mW/cm2からバルク真性型非晶質シリコン層堆積の場合の約50mW/cm2まで徐々に増加されてもよい。プロセス圧力は、約3トール〜約2.5トールで実質的に同一または徐々に調整されるように維持されてもよい。
[0044] When the pi buffered intrinsic type amorphous silicon layer (PIB layer) reaches the desired thickness, the gas mixture supplied for the buffered intrinsic type
[0045]図2のシリコン層125などのn型非晶質シリコン緩衝層を堆積する一定の実施形態は、約20:1以下の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備える。シランガスは、約1sccm/L〜約10sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約4sccm/L〜約50sccm/Lの流量で提供されてもよい。ホスフィンは、約0.0005sccm/L〜約0.0075sccm/Lの流量で提供されてもよい。言い換えれば、ホスフィンが、搬送ガスの0.5%モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント/搬送ガスの混合物は、約0.1sccm/L〜約1.5sccm/Lの流量で提供されてもよい。約15mW/cm2〜約250mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約0.1トール〜20トール、好ましくは約0.5トール〜約4トールに維持されてもよい。n型非晶質シリコン緩衝層の堆積速度は、約200Å/分以上であってもよい。ホスフィンが、n型非晶質シリコン層におけるリンドーパントを提供するために使用される実施形態において、リンドーパント濃度は、約1×1018原子/cm2〜約1×1020原子/cm2に維持される。
[0045] Certain embodiments of depositing an n-type amorphous silicon buffer layer, such as the
[0046]図1、図2または図3のシリコン層126などのn型微晶質シリコン層を堆積する一定の実施形態は、約100:1以上の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約0.35sccm/Lなどの約0.1sccm/L〜約0.8sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約71.43sccm/Lなどの約30sccm/L〜約250sccm/Lの流量で提供されてもよい。ホスフィンは、約0.0005sccm/L〜約0.006sccm/Lの流量で提供されてもよい。言い換えれば、ホスフィンが、搬送ガスの0.5%モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント/搬送ガスは、約0.1sccm/L〜約1.2sccm/Lの流量で提供されてもよい。約100mW/cm2〜約900mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約1トール〜約100トール、好ましくは約3トール〜約20トール、さらに好ましくは4トール〜約12トールに維持されてもよい。n型微晶質シリコン層の堆積速度は、約50Å/分以上であってもよい。n型微晶質シリコン層は、約20%〜約80%、好ましくは50%〜約70%の結晶留分を有する。ホスフィンが、n型微晶質シリコン層におけるリンドーパントを提供するために使用される実施形態において、リンドーパント濃度は、約1×1018原子/cm2〜約1×1020原子/cm2に維持される。
[0046] Certain embodiments of depositing an n-type microcrystalline silicon layer, such as the
[0047]図1、図2または図3のシリコン層126などのn型微晶質シリコン層を堆積する別の実施形態において、堆積プロセスは、約100:1〜約400:1などの約500:1以下、たとえば、約304:1または約203:1の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約0.32sccm/L〜約0.45sccm/Lなどの約0.1sccm/L〜約0.8sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約68sccm/L〜約142.85sccm/Lなどの約30sccm/L〜約250sccm/Lの流量で提供されてもよい。ホスフィンは、約0.0025sccm/L〜約0.015sccm/Lなどの約0.0005sccm/L〜約0.0025sccm/L、たとえば、約0.005sccm/Lなどの流量で提供されてもよい。言い換えれば、ホスフィンが、搬送ガスの0.5%モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント/搬送ガスは、約0.5sccm/L〜約3sccm/L、約0.9sccm/L〜約1.088sccm/Lなどの約0.1sccm/L〜約5sccm/Lの流量で提供されてもよい。約370mW/cm2などの約100mW/cm2〜約900mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約1トール〜100トール、好ましくは約3トール〜約20トール、さらに好ましくは4トール〜約12トール、たとえば、約6トールまたは約9トールに維持されてもよい。n型微晶質シリコン層の堆積速度は、約150Å/分以上であってもよい。
[0047] In another embodiment of depositing an n-type microcrystalline silicon layer, such as the
[0048]図1、図2または図3のシリコン層132などのp型微晶質シリコン層を堆積する一定の実施形態は、約200:1以上の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備える。シランガスは、約0.1sccm/L〜約0.8sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約60sccm/L〜約500sccm/Lの流量で提供されてもよい。トリメチルボロンは、約0.0002sccm/L〜約0.0016sccm/Lの流量で提供されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンが、搬送ガスの0.5%モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント/搬送ガスの混合物は、約0.04sccm/L〜約0.32sccm/Lの流量で提供されてもよい。約50mW/cm2〜約700mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約1トール〜約100トール、好ましくは約3トール〜約20トール、さらに好ましくは4トール〜約12トールに維持されてもよい。p型微晶質シリコン層の堆積速度は、約10Å/分以上であってもよい。p型微晶質シリコン接触層は、約20%〜約80%、好ましくは50%〜約70%の結晶留分を有する。トリメチルボロンが、p型微晶質シリコン層におけるホウ素ドーパントを提供するために使用される実施形態において、ホウ素ドーパント濃度は、約1×1018原子/cm2〜約1×1020原子/cm2に維持される。
[0048] Certain embodiments of depositing a p-type microcrystalline silicon layer, such as the
[0049]図1、図2または図3のシリコン層132などのp型微晶質シリコン層を堆積するさらに別の実施形態において、堆積プロセスは、約200:1〜約800:1などの約1000:1以下、たとえば、約601:1または約401:1の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約0.2sccm/L、約0.38sccm/Lなどの約0.1sccm/L〜約0.8sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約142.85sccm/Lなどの約60sccm/L〜約500sccm/Lの流量で提供されてもよい。トリメチルボロンは、約0.00115sccm/Lなどの約0.0002sccm/L〜約0.0016sccm/Lの流量で提供されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンが、搬送ガスの0.5%モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント/搬送ガスの混合物は、約0.23sccm/Lなどの約0.04sccm/L〜約0.32sccm/Lの流量で提供されてもよい。約290mW/cm2〜約440mW/cm2などの約50mW/cm2〜約700mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約1トール〜約100トール、好ましくは約3トール〜約20トール、さらに好ましくは約9トールまたは約7トールなどの4トール〜約12トールに維持されてもよい。p型微晶質シリコン層の堆積速度は、約143Å/分以上であってもよい。
[0049] In yet another embodiment of depositing a p-type microcrystalline silicon layer, such as the
[0050]図1、図2または図3のシリコン層134などの真性型微晶質シリコン層を堆積する一定の実施形態は、1:20〜1:200の比でシランガス対水素ガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約0.5sccm/L〜約5sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約40sccm/L〜約400sccm/Lの流量で提供されてもよい。一定の実施形態において、シラン流量は、堆積中に第1の流量から第2の流量に増大してもよい。一定の実施形態において、水素流量は、堆積中に第1の流量から第2の流量に減少してもよい。約300mW/cm2以上、好ましくは約600mW/cm2以上のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。一定の実施形態において、電力密度は、堆積中に第1の電力密度から第2の電力密度に減少してもよい。チャンバの圧力は、約1トール〜約100トール、好ましくは約3トール〜約20トール、さらに好ましくは約4トール〜約12トールに維持される。真性型微晶質シリコン層の堆積速度は、約200Å/分以上、好ましくは500Å/分であってもよい。堆積される微晶質真性層に関する方法および装置は、2006年6月23日出願の「Methods and Apparatus for Depositing a Microcrystalline Silicon Film for Photovoltaic Device」という名称の米国特許出願第11/426,127号に開示され、本開示と矛盾しない限り、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。微晶質シリコン真性層は、約20%〜約80%、好ましくは55%〜約75%の結晶留分を有する。驚くべきことに、約70%以下の結晶留分を有する微晶質シリコン真性層が、開回路電圧における増大を提供し、より高い太陽電池効率をもたらすことが分かった。
[0050] Certain embodiments of depositing an intrinsic type microcrystalline silicon layer, such as the
[0051]図1、図2または図3のシリコン層134などの真性型微晶質シリコン層を堆積するさらに別の実施形態において、真性型微晶質シリコン層は、1つまたは複数のステップ、たとえば、多重堆積ステップによって堆積されてもよい。結晶留分は、堆積された膜の厚さにおける増大と共に変化してもよいため、堆積中に供給されるガス比は、全体の真性型微晶質シリコン層の結晶留分を維持するように変化してもよい。結果的に、堆積は、異なるプロセスパラメータまたはプロセス変数を用いた多重ステップにおいて行われ、結果として生じる膜において異なる結晶留分を形成してもよい。多重堆積ステップは、真性型微晶質シリコン層が、膜内の異なる厚さレベルで異なる所望の膜特性を有する勾配膜として形成されることを可能にする。一実施形態において、各堆積ステップにおいて可変であってもよいプロセスパラメータまたはプロセス変数は、RF電力、堆積時間、ガス混合物において供給される水素ガス対シランガスの比、ガス混合物において供給されるガス種、プロセス圧力、ガス流量、間隔、RF周波数および/または他の適切なプロセスパラメータを含む。一実施形態において、水素ガス対シランガスの比、プロセス圧力、RF電力または堆積時間のプロセス変数は、形成される真性型微晶質シリコン層の異なる部位に形成される結晶留分を制御するために可変であってもよい。別の実施形態において、水素ガス対シランガスの比のプロセス変数は、各堆積ステップにおいて可変であり、形成される真性型微晶質シリコン層の異なる部位に形成される結晶留分を制御する。
[0051] In yet another embodiment of depositing an intrinsic type microcrystalline silicon layer, such as the
[0052]一実施形態において、堆積プロセスにおいて行われるステップの数は、真性型微晶質シリコン層の所望の厚さによって決定されてもよい。たとえば、真性型微晶質シリコン層が、5000Åを超える比較的大きい厚さを用いて堆積されることが所望である場合には、膜の均一な結晶留分を維持するために、全体のプロセスは、より多くのステップに分割されてもよい。対照的に、真性型微晶質シリコン層が、より薄い厚さを用いて堆積されることが所望である場合には、堆積プロセスにおけるステップの数は、適切な範囲で制御されてもよい。 [0052] In one embodiment, the number of steps performed in the deposition process may be determined by the desired thickness of the intrinsic type microcrystalline silicon layer. For example, if it is desired that the intrinsic type microcrystalline silicon layer be deposited using a relatively large thickness of over 5000 mm, the entire process can be performed to maintain a uniform crystal fraction of the film. May be divided into more steps. In contrast, if it is desired that the intrinsic type microcrystalline silicon layer be deposited using a thinner thickness, the number of steps in the deposition process may be controlled within an appropriate range.
[0053]真性型微晶質シリコン層が、約17000Åの厚さを用いて形成される例示の実施形態において、堆積プロセスは、4つのステップに分割され、堆積ステップのそれぞれにおいて、ガス混合物における水素ガス対シランガスの異なる比を用いる。各ステップにおいて形成される厚さは、それぞれのステップにおいて約4250Å(たとえば、17000Å総厚/4堆積ステップ=ステップ当たり4250Å)に実質的に等しいように制御されてもよい。堆積中に、水素ガス対シランガスのガス比は、各連続ステップにおいて徐々に減少され、所定の範囲内で堆積された膜の全体の結晶留分を効率的に維持し、全体の膜の厚さが増大するときに、膜の全体の結晶留分が増大しないようにする。水素ガス対シランガスの低い比は、ガス混合物に供給される水素ガスの量を減少させることによって、および/またはガス混合物に提供されるシランガスの量を増大させることによって達成されてもよい。本願明細書に記載されたような比は、処理チャンバに供給される流量比(たとえば、体積比)である。1つの特定の実施形態において、水素ガス対シランガスのガス比は、堆積プロセスの第1のステップにおいて約100:1で、第2のステップにおいて95:1で、第3のステップにおいて90:1で、第4/最後のステップにおいて85:1で制御されてもよい。水素ガス対シランガスのガス比は、異なるプロセス型に適することが所望であるように、約20:1〜約200:1で調整されてもよいことに留意すべきである。一実施形態において、堆積中にガス流を調整する際には、シランガス流は一定に維持されるのに対して、ガス混合物において供給される水素フローは徐々に低減され、結果として、ガス混合物において水素ガス対シランガスの低い比を生じ、真性型微晶質シリコン層において形成される結晶留分を削減するか、またはこの逆である。ガス圧力、基板温度、RF電力などの他のプロセスパラメータは、各堆積ステップ中に実質的に同一に維持されてもよい。 [0053] In an exemplary embodiment where the intrinsic type microcrystalline silicon layer is formed using a thickness of about 17000 mm, the deposition process is divided into four steps, each of which includes hydrogen in the gas mixture. Different ratios of gas to silane gas are used. The thickness formed in each step may be controlled to be substantially equal to about 4250 mm (eg, 17000 mm total thickness / 4 deposition steps = 4250 mm per step) in each step. During deposition, the gas ratio of hydrogen gas to silane gas is gradually reduced in each successive step to efficiently maintain the overall crystal fraction of the deposited film within a predetermined range and to reduce the overall film thickness. The total crystal fraction of the film does not increase as the increases. A low ratio of hydrogen gas to silane gas may be achieved by reducing the amount of hydrogen gas supplied to the gas mixture and / or by increasing the amount of silane gas provided to the gas mixture. The ratio as described herein is a flow ratio (eg, volume ratio) supplied to the processing chamber. In one particular embodiment, the gas ratio of hydrogen gas to silane gas is about 100: 1 in the first step of the deposition process, 95: 1 in the second step, and 90: 1 in the third step. In the fourth / last step, it may be controlled at 85: 1. It should be noted that the gas ratio of hydrogen gas to silane gas may be adjusted from about 20: 1 to about 200: 1, as desired to be suitable for different process types. In one embodiment, when adjusting the gas flow during deposition, the silane gas flow is maintained constant while the hydrogen flow supplied in the gas mixture is gradually reduced, resulting in a gas mixture. This results in a low ratio of hydrogen gas to silane gas, reducing the crystal fraction formed in the intrinsic type microcrystalline silicon layer, or vice versa. Other process parameters such as gas pressure, substrate temperature, RF power, etc. may be maintained substantially the same during each deposition step.
[0054]一実施形態において、シランガスは、約0.97sccm/Lなどの約0.1sccm/L〜約5sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約80sccm/L〜約105sccm/Lなどの約10sccm/L〜約200sccm/Lの流量で提供されてもよい。堆積が4つのステップなどの多重ステップを有する例示の実施形態において、水素ガス流は、第1のステップにおいて約97sccm/Lで構成され、次のプロセスステップにおいて個々に、92sccm/L、87.5sccm/Lおよび82.6sccm/Lに徐々に低減されてもよい。約490mW/cm2などの約300mW/cm2以上のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約1トール〜約100トール、たとえば約3トール〜約20トール、たとえば約9トールなどの約4トール〜約12トールに維持される。真性型微晶質シリコン層の堆積速度は、400Å/分などの約200Å/分以上であってもよい。 [0054] In one embodiment, the silane gas may be provided at a flow rate between about 0.1 sccm / L and about 5 sccm / L, such as about 0.97 sccm / L. Hydrogen gas may be provided at a flow rate between about 10 sccm / L and about 200 sccm / L, such as between about 80 sccm / L and about 105 sccm / L. In an exemplary embodiment where the deposition has multiple steps, such as four steps, the hydrogen gas stream is configured at about 97 sccm / L in the first step and individually 92 sccm / L, 87.5 sccm in the next process step. / L and may be gradually reduced to 82.6 sccm / L. About 300 mW / cm 2 or more RF power, such as about 490mW / cm 2 may be provided to the showerhead. The chamber pressure is maintained at about 4 Torr to about 12 Torr, such as about 1 Torr to about 100 Torr, such as about 3 Torr to about 20 Torr, such as about 9 Torr. The deposition rate of the intrinsic type microcrystalline silicon layer may be about 200 Å / min or more, such as 400 Å / min.
[0055]図1、図2または図3のシリコン層136などのn型非晶質シリコン層を堆積する方法の一定の実施形態は、第1のシラン流量で任意の第1のn型非晶質シリコン層を堆積することと、第1のシラン流量より少ない第2のシラン流量で、第1の任意のn型非晶質シリコン層の上に第2のn型非晶質シリコン層を堆積することと、を備えてもよい。第1の任意のn型非晶質シリコン層は、約5.5:1などの約20:1以下の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約5.5sccm/Lなどの約1sccm/L〜約10sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約27sccm/Lなどの約4sccm/L〜約40sccm/Lの流量で提供されてもよい。ホスフィンは、約0.0095sccm/Lなどの約0.0005sccm/L〜約0.0015sccm/Lの流量で提供されてもよい。言い換えれば、ホスフィンが、搬送ガスの0.5%モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント/搬送ガスの混合物は、約1.9sccm/Lなどの約0.1sccm/L〜約3sccm/Lの流量で提供されてもよい。約80mW/cm2などの25mW/cm2〜約250mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約0.1トール〜約20トール、好ましくは約1.5トールなどの約0.5トール〜約4トールに維持されてもよい。第1のn型非晶質シリコン層の堆積速度は、約561Å/分などの約200Å/分以上であってもよい。ホスフィンが、n型非晶質シリコン層におけるリンドーパントを提供するために使用される実施形態において、リンドーパント濃度は、約1×1018原子/cm2〜約1×1020原子/cm2に維持される。
[0055] Certain embodiments of a method for depositing an n-type amorphous silicon layer, such as the
[0056]第2のn型非晶質シリコン層堆積は、約7.8:1などの約20:1以下の比で水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約0.5sccm/L〜約3sccm/Lなどの約0.1sccm/L〜約5sccm/L、たとえば、約1.42sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約6.42sccm/Lなどの約1sccm/L〜約10sccm/Lの流量で提供されてもよい。ホスフィンは、約0.015sccm/L〜約0.03sccm/Lなどの0.01sccm/L〜約0.075sccm/L、たとえば、約0.023sccm/Lの流量で提供されてもよい。言い換えれば、ホスフィンが、搬送ガスの0.5%モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント/搬送ガスの混合物は、約3sccm/L〜約6sccm/Lなどの約2sccm/L〜約15sccm/L、たとえば、約4.71sccm/Lの流量で提供されてもよい。約60mW/cm2などの25mW/cm2〜約250mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約0.1トール〜約20トール、たとえば約1.5トールなどの約0.5トール〜約4トールに維持されてもよい。第2のn型非晶質シリコン層の堆積速度は、約300Å/分などの約100Å/分以上であってもよい。第2のn型非晶質シリコン層の厚さは、約20Åおよび約150Åなどの300Å未満、たとえば、約80Åである。第2のn型非晶質シリコン層は、高密度にドープされ、約500Ω−cm以下の抵抗率を有する。高密度に(たとえば、縮退的に)n型ドープされる非晶質シリコンは、層TCO層140などのTCO層との改善したオーミック接触を提供すると考えられる。それゆえ、太陽電池効率が改善される。任意の第1のn型非晶質シリコンが、n型非晶質シリコン層全体の堆積速度を増大するために使用される。n型非晶質シリコン層が、任意の第1のn型非晶質シリコンなしで形成され、高密度に(たとえば、縮退的に)ドープされる第2のn型非晶質層から主に形成されてもよいことは理解される。
[0056] The second n-type amorphous silicon layer deposition may comprise providing a gas mixture of hydrogen gas to silane gas at a ratio of about 20: 1 or less, such as about 7.8: 1. Silane gas may be provided at a flow rate between about 0.1 sccm / L and about 5 sccm / L, such as about 1.4 sccm / L, such as about 0.5 sccm / L to about 3 sccm / L. Hydrogen gas may be provided at a flow rate between about 1 sccm / L and about 10 sccm / L, such as about 6.42 sccm / L. The phosphine may be provided at a flow rate between 0.01 sccm / L and about 0.075 sccm / L, such as about 0.015 sccm / L to about 0.03 sccm / L, such as about 0.023 sccm / L. In other words, when the phosphine is provided at 0.5% molar or volume concentration of the carrier gas, the dopant / carrier gas mixture is about 2 sccm / L, such as about 3 sccm / L to about 6 sccm / L. It may be provided at a flow rate of about 15 sccm / L, for example about 4.71 sccm / L. RF power from 25 mW / cm 2 to about 250 mW / cm 2, such as about 60 mW / cm 2 , may be provided to the showerhead. The chamber pressure may be maintained at about 0.5 Torr to about 4 Torr, such as about 0.1 Torr to about 20 Torr, such as about 1.5 Torr. The deposition rate of the second n-type amorphous silicon layer may be about 100 Å / min or higher, such as about 300 Å / min. The thickness of the second n-type amorphous silicon layer is less than 300 mm, such as about 20 mm and about 150 mm, for example about 80 mm. The second n-type amorphous silicon layer is heavily doped and has a resistivity of about 500 Ω-cm or less. It is believed that amorphous silicon that is heavily n-type doped (eg, degenerately) provides improved ohmic contact with a TCO layer, such as
[0057]n型、真性型およびp型のシリコン含有層を含む層の各堆積の前に、任意の水素またはアルゴンのプラズマガス処置プロセスが、行われてもよいことに留意すべきである。水素処置プロセスは、表面汚染を抑制するために、下にある層を処置するために行われてもよい。さらに、表面欠陥が、処置プロセス中に除去または排除されてもよいために、プラズマ処置プロセスはまた、境界における電気特性を改善することができる。一実施形態において、プラズマ処置プロセスは、処理チャンバに水素ガスまたはアルゴンガスを供給することによって行われてもよい。水素ガスまたはアルゴンガスを供給するためのガス流は、約15sccm/L〜約40sccm/Lなどの約10sccm/L〜約45sccm/L、たとえば、約20sccm/Lおよび約36sccm/Lである。一実施例において、水素ガスは、約21.42sccm/Lで供給されてもよく、またはアルゴンガスは、約35.7sccm/Lで供給されてもよい。処置プロセスを行うために供給されるRF電力は、約60mW/cm2などの25mW/cm2〜約250mW/cm2で制御されてもよく、水素処置の場合には約80mW/cm2、アルゴン処置の場合には約25mW/cm2などの10mW/cm2〜約250mW/cm2でシャワーヘッドに提供されてもよい。 [0057] It should be noted that an optional hydrogen or argon plasma gas treatment process may be performed prior to each deposition of layers including n-type, intrinsic and p-type silicon-containing layers. The hydrogen treatment process may be performed to treat the underlying layer to suppress surface contamination. In addition, because surface defects may be removed or eliminated during the treatment process, the plasma treatment process can also improve the electrical properties at the boundary. In one embodiment, the plasma treatment process may be performed by supplying hydrogen gas or argon gas to the processing chamber. The gas flow for supplying hydrogen gas or argon gas is from about 10 sccm / L to about 45 sccm / L, such as from about 15 sccm / L to about 40 sccm / L, for example, about 20 sccm / L and about 36 sccm / L. In one example, hydrogen gas may be supplied at about 21.42 sccm / L, or argon gas may be supplied at about 35.7 sccm / L. RF power supplied to perform the treatment process may be controlled by the 25 mW / cm 2 ~ about 250 mW / cm 2, such as about 60 mW / cm 2, in the case of the hydrogen treatment to about 80 mW / cm 2, argon may be provided to the shower head was about 25mW / cm 2 10mW / cm 2 ~ about 250 mW / cm 2, such as in the case of the treatment.
[0058]一実施形態において、アルゴン処置プロセスは、p型非晶質シリコン層の堆積前に行われる。一実施形態において、水素処置プロセスは、有用である場合には、真性型非晶質シリコン層、n型微晶質シリコン層、p型微晶質シリコン層および真性型微晶質シリコン層および他の層のそれぞれの堆積の前に行われてもよい。 [0058] In one embodiment, the argon treatment process is performed prior to the deposition of the p-type amorphous silicon layer. In one embodiment, the hydrogen treatment process, where useful, is intrinsic type amorphous silicon layer, n type microcrystalline silicon layer, p type microcrystalline silicon layer and intrinsic type microcrystalline silicon layer and others. May be performed prior to the deposition of each of the layers.
[0059]図8Aから図8Cは、太陽電池の種々の実施形態を概略的に図示する。図8Aから図8Cに描かれた実施形態は、単接合太陽電池を図示しているが、描かれた層は、本願明細書において記載された方法によって作製されるポリシリコン、非晶質シリコン、微晶質シリコン、またはこれらの任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない、異なる材料を用いて形成されたタンデム、3つ以上の接合太陽電池の一部であってもよいことに留意すべきである。 [0059] FIGS. 8A-8C schematically illustrate various embodiments of solar cells. Although the embodiments depicted in FIGS. 8A-8C illustrate single-junction solar cells, the depicted layers are polysilicon, amorphous silicon, made by the methods described herein, It should be noted that it may be part of a tandem, three or more junction solar cells formed using different materials, including but not limited to microcrystalline silicon, or any combination thereof. is there.
[0060]図8Aは、TCO層110の上に配列される太陽電池850を有する基板102を描いている。太陽電池850は、p型非晶質シリコン層122、真性型非晶質シリコン層124およびn型非晶質シリコン層804を有する。p型非晶質シリコン層122の堆積前に、予備のp型非晶質シリコン層802が、基板102の上に形成されてもよい。予備のp型非晶質シリコン層802は、p型非晶質シリコン層堆積プロセス中に、シラン流量を制御することによって形成される。堆積中に、第1のシラン流量は、予備のp型非晶質シリコン層802を堆積するために供給されてもよく、第2のシラン流量は、予備のp型非晶質シリコン層802の上にp型非晶質シリコン層122を堆積するために供給されてもよい。第2のシラン流量は、第1のシラン流量より高い流量で制御されてもよい。
[0060] FIG. 8A depicts a
[0061]結果として生じる予備のp型非晶質シリコン層802は、高密度に(たとえば、縮退的に)ドープされるp型非晶質シリコン層であり、約105Ω−cm以下の抵抗率を有する。高密度に(たとえば、縮退的に)ドープされる予備のp型非晶質シリコン層802は、TCO層110などのTCO層との改善したオーミック接触を提供すると考えられる。高密度にドープされた予備のp型非晶質シリコン層802は、低減した幅の空乏領域(たとえば、TCO層110と太陽電池850との間のポテンシャル障壁)を提供し、それゆえに、効果的な電流輸送のトンネル現象が、それにより促進される。その上、高密度にドープされた予備のp型非晶質シリコン層802に存在する高い量のアクセプタ状元素もまた、TCO層110および太陽電池850の境界でポテンシャル障壁を低下させる。結果的に、p型非晶質シリコン層122は、広いバンドギャップ層として作用する。それゆえに、太陽電池効率が、改善される。p型非晶質シリコン層122は、全体的なp型シリコン形成プロセスに関して堆積速度を増大するために使用される。p型非晶質シリコン層122はまた、同様に高密度にドープされた予備のp型非晶質シリコン802材料から形成されてもよいことは理解される。
[0061] The resulting preliminary p-type
[0062]高密度にドープされた予備のp型非晶質シリコン層802堆積プロセスは、約20:1以下の比で、水素ガス対シランガスのガス混合物を提供することを備えてもよい。シランガスは、約0.5sccm/L〜約5sccm/Lの流量で提供されてもよい。水素ガスは、約1sccm/L〜約5sccm/Lの流量で提供されてもよい。トリメチルボロンは、0.0025sccm/L〜約0.15sccm/Lの流量で提供されてもよい。言い換えれば、トリメチルボロンが、搬送ガスの0.5%モル濃度または体積濃度で提供される場合には、ドーパント/搬送ガスの混合物は、約0.5sccm/L〜約30sccm/Lの流量で提供されてもよい。15mW/cm2〜約250mW/cm2のRF電力が、シャワーヘッドに提供されてもよい。チャンバの圧力は、約0.5トール〜約4トールなどの約0.1トール〜約20トールに維持されてもよい。予備のp型非晶質シリコン層802の堆積速度は、約100Å/分以上であってもよい。一実施形態において、高密度にドープされたp型非晶質シリコン層802は、立方センチメートル当たり約1020原子〜立方センチメートル当たり約1021原子のドーパント濃度を有する。
[0062] The heavily doped preliminary p-type
[0063]一実施形態において、p型非晶質シリコン層122は、図1から図3を参照して記載したのと類似の態様で作製されてもよい。
[0063] In one embodiment, the p-type
[0064]同様に、n型非晶質シリコン層804堆積プロセスの場合には、プロセスは、高密度にドープされた非晶質シリコン層806と共に、n型非晶質シリコン層804を堆積するために2ステップ堆積プロセスを含んでもよい。2ステップ堆積プロセスは、図1から図3を参照して説明したn型非晶質シリコン層136の堆積プロセスに類似である。あるいは、n型非晶質シリコン層804は、高密度にドープされたn型非晶質シリコン層806として最初に形成され、TCO層140などのTCO層との改善したオーミック接触を提供してもよい。一実施形態において、高密度にドープされたn型非晶質シリコン層806は、立方センチメートル当たり約1020原子〜立方センチメートル当たり約1021原子のドーパント濃度を有する。
[0064] Similarly, in the case of an n-type
[0065]一実施形態において、p型非晶質シリコン層122は、約50Å〜約200Åの厚さを有し、高密度にドープされたp型非晶質シリコン層802は、約10Å〜約50Åの厚さを有する。n型非晶質シリコン層804は、約100Å〜約400Åの厚さを有し、高密度にドープされたn型非晶質シリコン層806は、約50Å〜約200Åの厚さを有する。
[0065] In one embodiment, the p-type
[0066]図8Bは、基板102の上に配列された太陽電池852の別の実施形態を描いている。図8Aの太陽電池850と同様に、太陽電池852は、図8Aのように、高密度にドープされたp型非晶質シリコン層802、p型非晶質シリコン層122および真性型非晶質シリコン層124と、n型非晶質シリコン緩衝層820およびn型微晶質シリコン層808を含む。n型非晶質シリコン緩衝層820は、図2の緩衝層125と類似の層であり、真性型非晶質シリコン層124とn型微晶質シリコン層808との間に形成されてもよい。n型非晶質シリコン緩衝層820は、真性型シリコン層124とn型シリコン層808との間に生じうるバンドギャップの片寄りを埋めるのに役立つ。それゆえに、強化した電流収集のために、太陽電池効率は、改善されると考えられる。これらの層802、122、124、808は、上述したプロセスなどの任意の適切なプロセスによって作製されてもよい。
[0066] FIG. 8B depicts another embodiment of a
[0067]図8Cは、基板102の上に配列される太陽電池854のさらに別の実施形態を描いている。上述した電池の構造に類似して、太陽電池854は、p型微晶質シリコン層810、真性型微晶質シリコン層812、n型非晶質シリコン障壁層821およびn型微晶質シリコン層814を含む。n型非晶質シリコン障壁層821は、真性型微晶質シリコン層812とn型微晶質シリコン層814との間に形成される障壁層として機能する。n型非晶質シリコン障壁層821は、膜の横抵抗率の増大、周囲の電流の問題点の回避を支援する。一実施形態において、n型非晶質シリコン障壁層821は、図8Bのn型非晶質シリコン緩衝層820および図2の緩衝層125の堆積方式に類似の方式で堆積されてもよい。n型非晶質シリコン障壁層821は、緩衝層820、125に類似の膜構成要素を有する方式で作製されてもよい。障壁層821は、緩衝層820、125が接触状態にある非晶質シリコン膜の代わりに、微晶質ベースのシリコン膜(たとえば、真性型微晶質シリコン層812およびn型微晶質シリコン層814)に接触するため、障壁層821は、膜の横抵抗率の増大、周囲の電流の問題点の回避のために作用する。
[0067] FIG. 8C depicts yet another embodiment of a
[0068]1つまたは複数の接合、たとえば、多重接合が所望である実施形態において、図8Aの太陽電池850は、基板と接触状態にある上部電池として構成されてもよく、図8Cの太陽電池854は、上部太陽電池850の上に配列される下部電池として構成されてもよい。上部電池が、より高いバンドギャップを提供するために所望である場合には、太陽電池850の真性型非晶質シリコン層124は、太陽電池854における真性型微晶質シリコン層812より高いバンドギャップを提供してもよい。あるいは、電池の配置は、所望の電池性能を達成するために、任意の適切な方式で構成されてもよい。
[0068] In embodiments where one or more junctions, eg, multiple junctions, are desired, the
[0069]図9は、電池900内部に配列される多数の異なる接触層、緩衝層または界面層を備える多接合太陽電池900の別の例示の実施形態を描いている。電池900は、基板102の上に配列されるTCO層110を有する基板102の上に配列される第1の接合910および第2の接合920を含む。界面層908は、第1の接合910と第2の接合920との間に堆積されてもよい。界面層908は、界面接触抵抗および導電率を改善し、より広い光学バンドギャップを提供するために堆積される。その上、界面層908の材料は、層908の反射率(RI)および光吸収が、異なる電気特性および異なるデバイス要件の場合の光捕獲効率を提供するように調整されてもよいように選択される。一実施形態において、界面層908を形成するための適切な材料は、SiON、SiN、SiC、SiO、SiOC、SiCNおよび他の適切な炭素、酸素または窒素を含有するシリコンベースの材料またはシリコン合金を含む。一実施形態において、界面層908は、シリコン炭素(SiC)層、酸化シリコン(SiO)層または酸窒化シリコン(SiON)層である。界面層908の反射率(RI)は、堆積中に層908を堆積するように供給されるガス混合物を変化させることによって調整されてもよい。堆積のために供給されるガス混合物が変化するとき、堆積される界面層908において形成される炭素ドーパントまたは窒素ドーパントもまた異なってもよく、その結果、結果として生じる膜が、所望の膜のバンドギャップ、光吸収率および結晶留分を有してもよい。膜のバンドギャップおよび光吸収率が改善されるとき、結果的に、電池変換効率が増大される。さらに、接合がTCO層、金属バッキングプレートおよび/または基板と接触状態にある場合には、界面層908はまた、任意の境界で使用されてもよい。
[0069] FIG. 9 depicts another exemplary embodiment of a multi-junction
[0070]図9に描かれる実施形態において、界面層908は、第1の接合910と第2の接合920との間に配列される。第1の接合は、第1の上部界面層902、p型非晶質シリコン層122、PIB層904、i型非晶質シリコン層124、n型非晶質シリコン緩衝層906およびn型微晶質シリコン層126を備える。一実施形態において、第1の上部界面層902は、上述の界面層908と類似の膜特性を有してもよい。あるいは、第1の上部界面層902は、p型微晶質シリコン接触層121、高密度に(たとえば、縮退的に)ドープされる予備のp型非晶質シリコン層802、p型微晶質シリコン層810、または図1から図3および図8Aから図8Cを参照して上述したようなp型非晶質シリコン層に類似であってもよい。別の実施形態において、PIB層904は、上述したようにp−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)に類似であってもよい。n型非晶質シリコン緩衝層906は、図8Bから図8Cおよび図2で参照した非晶質シリコン緩衝層820、821または緩衝層125に類似であってもよい。
[0070] In the embodiment depicted in FIG. 9, the
[0071]第2の接合920は、p型微晶質シリコン層132、任意のPIB層912、真性型微晶質シリコン層914、n型非晶質シリコン層916および第2の下部界面層918を含む。第2の下部界面層918は、上述の界面層908と類似であってもよい。あるいは、第2の下部界面層918は、図8Bから図8Cで参照した高密度に(たとえば、縮退的に)ドープされる非晶質シリコン層806またはn型微晶質シリコン層814、または上述した他の類似のn型接触層に類似であってもよい。p型微晶質シリコン層132については、図1から図3を参照して上述した。任意のPIB層912は、上述したようなp−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)に類似であってもよい。あるいは、PIB層912は、p型微晶質シリコン層(たとえば、p型微晶質シリコン層132)と接触状態にあるため、任意のPIB層912は、必要に応じて、微晶質シリコンベースの材料または非晶質シリコンベースの材料として堆積されてもよい。微晶質シリコンベースの材料または非晶質シリコンベースの材料として堆積されてもよい任意のPIB層912を堆積する堆積プロセスは、上述したように、任意の真性型シリコンベースの堆積プロセスから選択されてもよい。真性型微晶質シリコン層914は、上述したように、1つのステップまたは多重ステップとして堆積されてもよい。1つの具体的な実施形態において、真性型微晶質シリコン層914は、ガス混合物における水素対シランの比を徐々に調節することによって、4つのステッププロセスを使用して堆積され、上述したように結果として生じる膜において形成される一様な結晶留分を提供する。n型非晶質シリコン層916は、図1から図3および図8Aを参照して上述したようなn型非晶質シリコン層136、804と類似であってもよい。
[0071] The
[0072]第2のTCO層140およびバッキング電極層150は、接合形成プロセスを完成するために、第2の接合920の上に次に配列されてもよい。
[0072] The
[0073]図5は、図4のチャンバ400などのPECVDチャンバまたはシリコン膜を堆積することができる他の適切なチャンバなどの複数のプロセスチャンバ531〜537を有する、プロセスシステム500の一実施形態の上部概略図である。プロセスシステム500は、ロードロックチャンバ510およびプロセスチャンバ531〜537に連結される移送チャンバ520を含む。ロードロックチャンバ510は、システム外の周囲の環境と移送チャンバ520およびプロセスチャンバ531〜537の中の真空環境との間で、基板が移送されることを可能にする。ロードロックチャンバ510は、1つまたは複数の基板を保持する1つまたは複数の真空排気可能領域を含む。真空排気可能領域は、システム500への基板の投入中にポンプによって排出され、システム500からの基板の排出中に通気される。移送チャンバ520は、ロードロックチャンバ510とプロセスチャンバ531〜537との間で基板を移送するようになっている移送チャンバ520の中に配列される、少なくとも1つの真空ロボット522を有する。7つのプロセスチャンバが、図5に示されている。しかし、システムは、任意の適切な数のプロセスチャンバを有してもよい。
[0073] FIG. 5 is an illustration of one embodiment of a
[0074]本発明の一定の実施形態において、1つのシステム500は、第1のp−i−n接合120などの多接合太陽電池の真性型非晶質シリコン層を備える第1のp−i−n接合を堆積するように構成される。プロセスチャンバ531〜537の1つは、第1のp−i−n接合のp型シリコン層を堆積するように構成されるのに対して、残るプロセスチャンバ531〜537はそれぞれ、真性型非晶質シリコン層およびn型シリコン層の両方を堆積するように構成される。第1のp−i−n接合の真性型非晶質シリコン層およびn型シリコン層は、堆積ステップの間で不動態化プロセスを報じることなく、同一のチャンバで堆積されてもよい。それゆえに、基板は、ロードロックチャンバ510を通ってシステムに入り、真空ロボットによって、p型シリコン層を堆積するように構成される専用のプロセスチャンバに移送され、真空ロボットによって、真性型シリコン層およびn型シリコン層を堆積するように構成される残りのプロセスチャンバのうちの1つに移送され、真空ロボットによって、ロードロックチャンバ510に戻るように移送される。一定の実施形態において、p型シリコン層を形成するために、プロセスチャンバを用いて基板を処理するための時間は、1つのチャンバにおいて真性型非晶質シリコン層およびn型シリコン層を形成するための時間より、約4倍以上、たとえば6倍以上速い。したがって、第1のp−i−n接合を堆積するためのシステムの一定の実施形態において、pチャンバ対i/nチャンバの比は、1:4以上、好ましくは1:6以上である。プロセスチャンバのプラズマ洗浄を提供するための時間を含むシステムのスループットは、約10基板/時間以上、好ましくは20基板/時間以上であってもよい。
[0074] In certain embodiments of the present invention, one
[0075]本発明の一定の実施形態において、1つのシステム500は、第2のp−i−n接合130などの多接合太陽電池の真性型微晶質シリコン層を備える第2のp−i−n接合を堆積するように構成される。プロセスチャンバ531〜537の1つは、第1のp−i−n接合のp型シリコン層を堆積するように構成されるのに対して、残るプロセスチャンバ531〜537はそれぞれ、真性型微晶質シリコン層およびn型シリコン層の両方を堆積するように構成される。第2のp−i−n接合の真性型微晶質シリコン層およびn型シリコン層は、堆積ステップの間で不動態化プロセスを報じることなく、同一のチャンバで堆積されてもよい。一定の実施形態において、p型シリコン層を形成するために、プロセスチャンバを用いて基板を処理するための時間は、1つのチャンバにおいて真性型微晶質シリコン層およびn型シリコン層を形成するための時間より、約4倍以上速い。したがって、第2のp−i−n接合を堆積するためのシステムの一定の実施形態において、pチャンバ対i/nチャンバの比は、約1:6以上などの1:4以上である。プロセスチャンバのプラズマ洗浄を提供するための時間を含むシステムのスループットは、約5基板/時間以上などの約3基板/時間以上であってもよい。
[0075] In certain embodiments of the present invention, one
[0076]一定の実施形態において、真性型微晶質シリコン層の厚さが、真性型非晶質シリコン層より厚いために、真性型非晶質シリコン層を備える第1のp−i−n接合を堆積するためのシステム500のスループットは、真性型微晶質シリコン層を備える第2のp−i−n接合を堆積するためのシステム500のスループットの約2倍以上である。したがって、真性型非晶質シリコン層を備える第1のp−i−n接合を堆積するようになっている1つのシステム500は、真性型微晶質シリコン層を備える第2のp−i−n接合を堆積するようになっている2つ以上のシステム500と匹敵させることができる。一旦、第1のp−i−n接合が1つのシステムにおける1つの基板の上に形成されると、基板は、周囲環境(すなわち、真空破壊)に曝され、第2のシステムに移送されてもよい。第1のp−i−n接合を堆積する第1のシステムと第2のp−i−n接合を堆積する第2のシステムとの間の基板のウェット洗浄またはドライ洗浄は、必要ではない。
[0076] In certain embodiments, a first pin comprising an intrinsic type amorphous silicon layer because the thickness of the intrinsic type microcrystalline silicon layer is thicker than the intrinsic type amorphous silicon layer. The throughput of the
実施例
[0077]本願明細書に開示された実施例は、事実上例示であり、請求項に明確に記載されない限り、本発明の範囲を限定することを意図していない。
Example
[0077] The examples disclosed herein are exemplary in nature and are not intended to limit the scope of the invention unless explicitly recited in the claims.
[0078]4,320cm2の表面積を有する基板が、カリフォルニア州サンタクララのAKT America,Inc.から入手可能で、130リットルの内部チャンバ体積を有するAKT 4300 PECVD Systemによって処理された。層1は、PECVDシステムの第1のチャンバにおいて堆積された。層2〜4は、PECVDシステムの第2のチャンバにおいて堆積された。層5は、PECVDシステムの第3のチャンバにおいて堆積された。層6〜層11は、PECVDシステムの第4のチャンバにおいて堆積された。層1〜層11の堆積中の間隔は、550ミルに設定され、基板支持体の温度は、200℃に設定された。タンデムp−i−n接合太陽電池を形成するために、堆積パラメータは、図6に記載されている。ホスフィンは、水素搬送ガス中、0.5%の混合において提供された。トリメチルボロンは、水素搬送ガス中、0.5%の混合において提供された。図6における水素ガス流量は、ドーパント搬送ガスから分離される水素ガス流量を示す。太陽電池は、図7に記載された以下の特性を有した。
[0078] A substrate having a surface area of 4,320 cm 2 is available from AKT America, Inc. of Santa Clara, California. And processed by an AKT 4300 PECVD System having an internal chamber volume of 130 liters.
非晶質堆積プロセス
[0079]本発明の一態様は、改善式薄膜シリコン太陽電池および改善式薄膜シリコン太陽電池を形成するための方法および装置を含み、太陽電池における層のうちの1つまたは複数の層は、改善された電気特徴および機械的特性を有し、従来の非晶質シリコン堆積プロセスより何倍も速い速度で堆積可能である少なくとも1つの非晶質シリコン層を備える。本願明細書に記載された方法を使用して達成される改善された堆積速度は、太陽電池基板処理システムによる基板スループットを著しく改善することができる。一実施形態において、本願明細書に記載されたプロセスは、薄膜p−i−n太陽電池内の非晶質真性型層を形成するために使用され、非晶質真性型層の堆積速度は、約60Å/分より速い。一実施形態において、非晶質真性型層の堆積速度は、少なくとも2200mm×260mmのサイズの基板で、約150Å/分〜約400Å/分である。
Amorphous deposition process
[0079] One aspect of the invention includes an improved thin film silicon solar cell and a method and apparatus for forming an improved thin film silicon solar cell, wherein one or more of the layers in the solar cell are improved It comprises at least one amorphous silicon layer that has improved electrical and mechanical properties and can be deposited at a rate that is many times faster than conventional amorphous silicon deposition processes. The improved deposition rate achieved using the methods described herein can significantly improve substrate throughput with solar cell substrate processing systems. In one embodiment, the process described herein is used to form an amorphous intrinsic type layer in a thin film pin solar cell, where the deposition rate of the amorphous intrinsic type layer is: Faster than about 60 km / min. In one embodiment, the deposition rate of the amorphous intrinsic type layer is from about 150 Å / min to about 400 Å / min for a substrate at least 2200 mm x 260 mm in size.
[0080]驚くべきことに、本願明細書に記載された方法は、形成された薄膜太陽電池の光安定性を向上することが分かった。 その理由は、非晶質シリコン堆積プロセス中の高圧の使用が、生成されるプラズマにおけるイオンエネルギおよび電子温度を低下させることによって、成長する膜の表面のイオン衝撃を低減しやすいと考えられるためである。その上、処理中に水素ガス対シランガスの高い比を使用する場合にも、形成される太陽電池デバイスの光安定性に悪影響を及ぼすことが分かっているより高次のシラン関連の化学種の生成が抑制されると考えられる。以下の説明は、単接合太陽電池を形成する方法について一般的に説明しているが、以下で説明される1つまたは複数のプロセスステップは、既に説明したステップのうちの1つまたは複数のステップと組み合わせて使用してもよいことから、この構成は、本発明の範囲を限定することを意図していない。一実施例において、障壁層堆積プロセスステップ、真性型層堆積ステップ、電力上昇ステップ、温度安定ステップおよびプラズマ洗浄ステップは、図1から図9に関して上記で説明したステップのうちの1つまたは複数のステップと共に使用される。 [0080] Surprisingly, the methods described herein have been found to improve the photostability of the formed thin film solar cells. The reason is that the use of high pressure during the amorphous silicon deposition process is likely to reduce the ion bombardment of the growing film surface by lowering the ion energy and electron temperature in the generated plasma. is there. In addition, the use of higher ratios of hydrogen gas to silane gas during processing also produces higher order silane related species that have been shown to adversely affect the light stability of the resulting solar cell device Is considered to be suppressed. The following description generally describes a method of forming a single junction solar cell, but the one or more process steps described below are one or more of the steps already described. This configuration is not intended to limit the scope of the present invention since it may be used in combination. In one embodiment, the barrier layer deposition process step, the intrinsic layer deposition step, the power ramp step, the temperature stabilization step, and the plasma cleaning step comprise one or more of the steps described above with respect to FIGS. Used with.
[0081]図10は、本願明細書に記載したプロセスを使用して形成される太陽電池1000の一例を図示している。太陽電池1000は、基板の上に形成される薄膜を用いたガラス基板、ポリマー基板または他の適切な基板などの基板102を含む。太陽電池1000は、基板102の上に形成される第1の透明導電性酸化物(TCO)層110と、第1のTCO層110の上に形成されるp−i−n接合1020と、p−i−n接合1020の上に形成される第2のTCO層1032と、第2のTCO層1032の上に形成される金属バッキング層1034と、をさらに備えてもよい。上述されたように、光捕獲を増大することによって光の吸収を改善するために、基板および/または基板の上に形成される薄膜のうちの1つまたは複数が、ウェットプロセス、プラズマプロセス、イオンプロセスおよび/または機械的プロセスによって任意に組織構成されてもよい。たとえば、第1のTCO層110の上に堆積される次の薄膜が一般的に、薄膜の下の表面の地形に従うように、太陽電池1000における第1のTCO層110が、組織構成される。第1のTCO層110および第2のTCO層1032はそれぞれ、酸化スズ(SnxOy)、酸化亜鉛(ZnxOy)、酸化インジウムスズ(InxSnyOz)、スズ酸カドミウム、これらの組み合わせまたは他の適切な材料を備えてもよく、上述のように追加のドーパントおよび構成要素をさらに含んでもよい。
[0081] FIG. 10 illustrates an example of a
[0082]p−i−n接合1020は、p型非晶質シリコン層1022、p型非晶質シリコン層1022の上に形成される真性型非晶質シリコン層1024、真性型非晶質シリコン層1024の上に形成されるn型非晶質シリコン層1026を備えてもよい。一定の実施形態において、p型非晶質シリコン層1022は、約60オングストローム(Å)〜約200Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、真性型非晶質シリコン層1024は、約1,500Å〜約5,000Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、n型非晶質半導体層1026は、約100Å〜約400Åの間の厚さに形成されてもよい。一定の実施形態において、図10に示されているように、p−i−n接合1020はまた、約50Å〜約150Åの間の厚さに形成されてもよい縮退的に(たとえば、高密度に)ドープされるn++型非晶質半導体層1027を備えてもよい。
[0082] The
[0083]金属バッキング層1034は、Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、これらの合金またはこれらの組み合わせからなるグループから選択される材料を含んでもよいが、これらに限定されるわけではない。レーザスクライビングプロセスなどの他のプロセスを行って、太陽電池1000を形成してもよい。他の膜、材料、基板および/または実装は、金属バッキング層1034の上に提供されて、太陽電池を完成してもよい。
[0083] The
[0084]図4を参照すると、1つのチャンバが図示されているが、図5に図示されたようなシステム500は、基板操作ロボット522の周囲に配置される複数のチャンバを含有してもよい。そのようなシステムにおいて、追加層が堆積される場合には、1つまたは複数の非晶質シリコン層は、基板が別のチャンバに移動される前に、1つのチャンバに堆積されてもよい。典型的に、i型層およびn型層が基板の上に堆積される場合には、p型層が、第1のチャンバにおいて基板の上に堆積され、次に基板が別のチャンバに移動される。
[0084] Referring to FIG. 4, a single chamber is illustrated, but a
[0085]一実施形態において、加熱および/または冷却要素439は、堆積中に約250℃以下の基板支持温度を提供するように設定されてもよい。一実施形態において、基板支持体は、約150℃〜約250℃の温度に維持される。一実施例において、基板支持体は、約200℃の温度に維持される。基板支持体430の基板収容表面432の上に配列される基板102の上表面とシャワーヘッド410(すなわち、RF電極)との間の種々の堆積ステップ中の間隔は、600ミル〜約6,000ミルであってもよい。太陽電池用途向けのガラス基板の典型的な厚さは、約40ミル〜200ミルである。
[0085] In one embodiment, the heating and / or
[0086]一実施形態において、p−i−n非晶質シリコン太陽電池は、以下に記載される以下のステップを使用して形成される。以下で説明されるプロセス値および実施例は、本願明細書に記載される本発明の範囲について限定することを意図しているわけではなく、一部の場合において、約2900リットルのチャンバ体積を有し、2200mm×2600mm基板を処理するようになっている60k処理システムに関する。第一に、少なくとも1つの基板の上に配列されるTCO層110を有する基板は、PECVDチャンバ400に挿入され、基板支持体430の上に配置され、その結果、TCO110は、p−i−n接合1020に含有される層のうちの1つまたは複数の層を収容することができる。
[0086] In one embodiment, the pin amorphous silicon solar cell is formed using the following steps described below. The process values and examples described below are not intended to limit the scope of the invention described herein, and in some cases have a chamber volume of about 2900 liters. And a 60 k processing system adapted to process 2200 mm × 2600 mm substrates. First, a substrate having a
[0087]一実施形態において、p−i−n接合1020における層のうちの1つまたは複数の層を堆積する前に、基板の温度は、アルゴン、水素またはヘリウムなどのガスを約3〜約5分の期間、処理チャンバを通るように流すことによって安定化され、典型的な3mm〜5mmの厚さのガラス基板の温度を、約200℃などの所望の温度まで上昇させることを可能にする。一実施例において、温度安定化ステップは、約25.8sccm/L(たとえば、75,000sccm)の流量でアルゴンガスを提供することを備え、約2.0〜約2.5トールのチャンバ圧力を達成して、約5分以内に所望のレベルで、シャワーヘッド410から約640ミルに位置決めされる基板の温度を安定化する。この場合には、基板支持体は、約200℃の温度に維持されることができる。
[0087] In one embodiment, prior to depositing one or more of the layers in the
[0088]次のステップまたはプラズマ洗浄ステップにおいて、プラズマは、処理体積406において生成され、アルゴンガス、水素ガスまたはヘリウムガスが、チャンバを通って分配されて、TCO層110の表面を洗浄し、TCO層110の電気特性を改善する。一実施形態において、水素含有プラズマは、酸化スズを含有するTCO層などのTCO層と積極的に反応しうるため、処理体積を通って流れるガスは、アルゴンを含む。一実施形態において、酸化亜鉛を備えるTCO層に水素ガスを備える洗浄ガスを使用して、プラズマ洗浄ステップを行うことが望ましい。
[0088] In the next step or plasma cleaning step, plasma is generated in the
[0089]次のステップにおいて、一般的にTCO層110の表面を洗浄した後、p型ドープ非晶質層は、TCO表面の上に堆積される。一実施形態において、p型ドープ非晶質層は、2段階で堆積され、第1の段階プロセスは、約0〜約6.0の水素対シランの希釈比を利用してもよい。この低い水素希釈比は、TCO層および生成されるプラズマの相互作用に起因して生じる可能性があるTCO層に対する損傷を防止するために利用される。一実施形態において、第1のp型ドープ非晶質層は、縮退的に(たとえば、高密度に)ドープされるp++型非晶質シリコン層であり、約2〜約2.5トールの圧力で約2:1〜約6:1の比であるTMB:シラン前駆物質ガス混合物を使用して形成される層に相当するドーピング濃度を有し、TMB前駆物質は0.5%のTMBを備える。一実施形態において、第1のp型ドープ非晶質層は、約45mW/cm2(2400W)〜約91mW/cm2(4800W)のプラズマ電力で形成される。一実施例において、図10に図示される層1022の一部などのp型非晶質シリコン層の第1の段階は、約2.1sccm/L(たとえば、6000sccm)〜約3.1sccm/L(たとえば、9000sccm)の流量でシランを提供し、水素ガス対シランガスの混合比が約6.0であるような流量で水素ガスを提供し、6:1の0.5%TMBガス対シランガスの混合比に相当する流量でドーピング前駆物質を提供することによって形成されてもよく、同時に、基板支持体温度は、約200℃に維持され、プラズマ電力は、57mW/cm2(3287W)で制御され、チャンバ圧力は約2〜10秒間、約2.5トールに維持されて、約10〜50Åの膜を形成する。この実施例において、基板は、シャワーヘッド410から約640ミルに位置決めされることができる。このドーピング濃度で形成される非晶質p型ドープシリコン層は、シリコン太陽電池の正孔輸送を改善すると考えられる。
[0089] In the next step, typically after cleaning the surface of the
[0090]第1のp型ドープ非晶質層の堆積後に、第2のp型ドープ非晶質層が次に、堆積されることができる。第2のp型ドープ非晶質層は、約80〜150Åの厚さを有してもよく、約1:1〜約2:3のTMB:シラン前駆物質混合比および約5〜約10の水素シラン希釈比を使用して形成される層に相当するドーピング濃度を使用して一般的に堆積される。一実施形態において、第2のp型ドープ非晶質層は、約45mW/cm2(2400W)〜約91mW/cm2(4800W)のプラズマ電力で形成される。また、一実施例において、第2の非晶質シリコンp型ドープ層堆積プロセス中に、堆積される膜の導電率を増大させるために、メタン(CH4)などの炭素含有前駆物質ガスを処理領域に分配することによって、堆積される膜に対する炭素の量を提供することが望ましい。一実施形態において、純メタン対シランの比は、約1:1〜約2:3(メタン:シラン)で変化され、シラン流量は、約2.1sccm/L(6000sccm)〜約3.1sccm/L(9000sccm)で変化してもよい。一実施例において、p型非晶質シリコン層の第2の段階は、約2.3sccm/L(6702sccm)の流量でシランを提供し、水素ガス対シランガスの混合比が約10.0であるような流量で水素ガスを提供し、5.8:1の0.5%TMBガス対シランガスの混合比に相当する流量でドーピング前駆物質を提供し、メタンガス対シランガスの混合比が約1:1であるような流量でメタンガスを提供することによって形成されてもよく、同時に、基板支持体温度は、約200℃に維持され、プラズマ電力は、約56mW/cm2(3217W)で制御され、チャンバ圧力は約21秒間で、120Åを形成するために、約2.5トールに維持される。この実施例において、基板は、シャワーヘッド410から約640ミルに位置決めされることができる。第1のp型ドープ非晶質層の直後の第2のp型ドープ非晶質層の使用は、薄い高密度(たとえば、縮退的に)ドープされた第1のp型層の使用およびより厚くて広いバンドギャップの第2のp型非晶質層材料の使用に起因する光吸収損失の低減に役立つと考えられる。
[0090] After deposition of the first p-type doped amorphous layer, a second p-type doped amorphous layer can then be deposited. The second p-type doped amorphous layer may have a thickness of about 80-150 mm, has a TMB: silane precursor mix ratio of about 1: 1 to about 2: 3, and about 5 to about 10. Typically deposited using a doping concentration corresponding to the layer formed using the hydrogen silane dilution ratio. In one embodiment, the second p-type doped amorphous layer is formed by plasma power of about 45mW / cm 2 (2400W) ~ about 91mW / cm 2 (4800W). Also, in one embodiment, during a second amorphous silicon p-type doped layer deposition process, a carbon-containing precursor gas, such as methane (CH 4 ), is treated to increase the conductivity of the deposited film. It is desirable to provide an amount of carbon for the deposited film by partitioning into the regions. In one embodiment, the ratio of pure methane to silane is varied from about 1: 1 to about 2: 3 (methane: silane) and the silane flow rate is from about 2.1 sccm / L (6000 sccm) to about 3.1 sccm / It may be changed by L (9000 sccm). In one embodiment, the second stage of the p-type amorphous silicon layer provides silane at a flow rate of about 2.3 sccm / L (6702 sccm) and the mixing ratio of hydrogen gas to silane gas is about 10.0. Hydrogen gas is provided at such a flow rate, and a doping precursor is provided at a flow rate corresponding to a mixing ratio of 0.5% TMB gas to silane gas of 5.8: 1, and the mixing ratio of methane gas to silane gas is about 1: 1. At the same time, the substrate support temperature is maintained at about 200 ° C., the plasma power is controlled at about 56 mW / cm 2 (3217 W), and the chamber The pressure is maintained at about 2.5 Torr for about 21 seconds to form 120 kg. In this example, the substrate can be positioned about 640 mils from the
[0091]p型層堆積ステップ中などのPECVD堆積ステップの1つまたは複数のステップ中に、静電荷が、基板上に蓄積されることができる。静電荷は、機械的基板リフト機構によって基板収容表面432から強制的に除去されると、基板に対する損傷を生じるほど十分に大きくなってもよい。基板の上表面とシャワーヘッドとの間の間隔が可変であってもよい間に、静電荷を排除するために、水素プラズマが、チャンバ内で作成される。したがって、一実施形態において、太陽電池デバイスを形成するために使用される堆積ステップの一部が異なるチャンバ(たとえば、p型堆積ステップ、i型堆積ステップ、n型堆積ステップ)において行われるため、処理チャンバから基板を移送する前に、基板支持体430から基板102を分離するのに役立つように、任意のプラズマ処理ステップまたは電力上昇ステップが、使用される。生成されたプラズマは、前の処理ステップ中に誘電体基板で収集される電荷が放電することを可能にする。このステップにおいて、プラズマは、処理体積406において生成されるのと同時に、アルゴンガス、水素ガスまたはヘリウムガスは、処理チャンバを通過して、消失されることになっている基板において捕獲される電荷用の経路を形成する。基板支持体はまた、約200℃などの所望の温度で維持されてもよい。一実施形態において、電力上昇ステップは、種々の間隔における6ステップなどのシャワーヘッド間隔に対する種々の基板における多重ステップを備え、静電荷を完全に排除する。一実施形態において、最初に水素を含有するガスは、約38mW/cm2(1000W)〜約76mW/cm2(4000W)のRF電力で、約5.2sccm/L(15,000sccm)〜約15.5sccm/L(45000sccm)の流量で、処理体積を通って分配される。一実施例において、電力上昇ステップは、約10.3sccm/L(30,000sccm)の流量で水素ガスを提供して、約2.0トールのチャンバ圧力を達成すると同時に、基板がシャワーヘッド410から約1400ミルに位置決めされ、約57mW/cm2のRF電力が約3秒間分配される。別の実施例において、電力上昇ステップは、約10.3sccm/L(30,000sccm)の流量で水素ガスを提供して、約2.0トールのチャンバ圧力を達成することを備え、同時に、基板がシャワーヘッド410から約1400ミルに位置決めされ、約57mW/cm2のRF電力が約3秒間分配される第1のステップと、約2.0トールのチャンバ圧力を達成するように、約10.3sccm/L(30,000sccm)の流量で水素ガスが分配されると同時に、基板がシャワーヘッド410から約6000ミルに位置決めされ、約57mW/cm2のRF電力が約5秒間分配される第2のステップと、を備える。
[0091] During one or more of the PECVD deposition steps, such as during a p-type layer deposition step, an electrostatic charge can be accumulated on the substrate. The electrostatic charge may be large enough to cause damage to the substrate when it is forcibly removed from the
[0092]次のステップにおいて、任意に、水素ガスは、約20秒の期間、処理チャンバを通じて分配され、基板を約200℃などの所望の温度で安定化することを可能にしてもよい。一部の場合において、基板が、多重チャンバPECVDシステム内で、1つのチャンバから別のチャンバに真空環境において輸送される場合には、基板の上に堆積されるp型材料を有する基板は、基板の温度を実質的な量だけ失うことはないと考えられるため、このステップを完了するために使用される時間期間は、短くてもよい。一実施例において、温度安定化ステップは、約25.9sccm/L(たとえば、75,000sccm)の流量でアルゴンガスを提供することを備え、約2.5トールのチャンバ圧力を達成して、約20〜60秒後にシャワーヘッド410から約640ミルに位置決めされる基板の温度を安定化する。基板支持体は、約200℃の温度に維持されることができる。
[0092] In the next step, optionally, hydrogen gas may be dispensed through the processing chamber for a period of about 20 seconds to allow the substrate to stabilize at a desired temperature, such as about 200 ° C. In some cases, when a substrate is transported in a vacuum environment from one chamber to another in a multi-chamber PECVD system, the substrate with p-type material deposited on the substrate is The time period used to complete this step may be short because it is believed that a substantial amount of temperature will not be lost. In one example, the temperature stabilization step comprises providing argon gas at a flow rate of about 25.9 sccm / L (eg, 75,000 sccm) to achieve a chamber pressure of about 2.5 Torr and about Stabilizes the temperature of the substrate positioned about 640 mils from the
[0093]次のステップまたはプラズマ洗浄ステップにおいて、一旦、基板が第2の処理チャンバに装填されると、基板において典型的に行われる。このステップにおいて、水素プラズマは、障壁層などの次の材料層の堆積前に、堆積されるp型層の表面を適切に洗浄するために、第2の処理チャンバの処理体積において生成される。水素プラズマ処置は、p型層を不動態化し、p型層の上に形成されうる任意の表面の欠陥を除去し、水素プラズマ処置ステップがないと、i型層に拡散されやすい可能性がある任意の炭素およびホウ素の汚染を抑制することができる。一実施形態において、水素プラズマ洗浄ステップは、約35mW/cm2(2000W)〜約136mW/cm2(7200W)のプラズマ電力と、約0〜約60秒間、約2〜約2.5トールのチャンバ圧力を達成するのに十分な水素ガスを提供することを備える。一実施例において、水素プラズマ洗浄ステップは、約10.3sccm/L(30,000sccm)の流量および52mW/cm2(3000W)のプラズマ電力で、水素ガスを提供し、約2.5トールのチャンバ圧力を達成すると同時に、基板が、約15秒間、シャワーヘッド410から約640ミルに位置決めされることを備える。
[0093] In the next step or plasma cleaning step, this is typically done on the substrate once it has been loaded into the second processing chamber. In this step, a hydrogen plasma is generated in the processing volume of the second processing chamber in order to properly clean the surface of the deposited p-type layer prior to the deposition of the next material layer, such as a barrier layer. The hydrogen plasma treatment passivates the p-type layer and removes any surface defects that may be formed on the p-type layer, and without the hydrogen plasma treatment step, may be likely to diffuse into the i-type layer. Arbitrary carbon and boron contamination can be suppressed. In one embodiment, the hydrogen plasma cleaning step, a plasma power of about 35mW / cm 2 (2000W) ~ about 136mW / cm 2 (7200W), from about 0 to about 60 seconds, the chamber of from about 2 to about 2.5 Torr Providing sufficient hydrogen gas to achieve the pressure. In one embodiment, the hydrogen plasma cleaning step provides hydrogen gas at a flow rate of about 10.3 sccm / L (30,000 sccm) and a plasma power of 52 mW / cm 2 (3000 W), and a chamber of about 2.5 Torr. Simultaneously with achieving the pressure, the substrate comprises being positioned about 640 mils from the
[0094]p−i層の間の境界における障壁層1023は、太陽電池の電気性能を改善することができることが分かっている。一実施形態において、障壁層1023は、上記で説明したPIB層と類似である。一定の実施形態において、障壁層1023は、約50〜300Åの厚さを有する障壁層を形成するために、約38秒〜約225秒間、次のi層堆積プロセスに等しいか、または次のi層堆積プロセスより約0.5トール大きい圧力で、約20〜約50の比で、水素中で希釈されるシラン前駆物質を使用したプラズマ堆積によって形成される。障壁層は、広いバンドギャップを提供し、約50meVまでの太陽電池の開回路電圧を改善すると考えられる。障壁層は、前に堆積された層と以下で説明する次に堆積される高い堆積速度の真性層との間に配置されるため、障壁層を使用して、前に堆積された層のイオン衝撃を最小限に抑えてもよい。障壁層堆積ステップ中に、前に堆積された層の衝撃を最小限に抑えるために、堆積プロセスは典型的に、低いRFプラズマ堆積電力を使用する。一実施形態において、障壁層は、真性型非晶質材料であり、約20〜約50の希釈比を有する水素によって希釈されたシランガス混合物、i層堆積プロセスに等しいか、またはi層堆積プロセスより大きいチャンバ圧力、および約18秒〜約3600秒の時間期間で約23mW/cm2(1200W)〜約61mW/cm2(3240W)のRFプラズマ電力を使用して、基板の上に形成される。1つの構成において、チャンバ圧力は、i層堆積プロセスに等しいか、またはi層堆積プロセスより約0.5トール大きい。一実施例において、真性型非晶質シリコン層を備える障壁層は、約1.5sccm/L(4235sccm)の流量でシランを提供して、水素ガス対シランガスの混合比が約25であるような流量で、水素ガスを提供すると同時に、基板支持体温度が、約200℃に維持され、プラズマ電力は、約27mW/cm2(1525W)に制御され、チャンバ圧力は約35秒間、約3.0トールに維持されることによって形成される。1つの構成において、本願明細書において説明されたプロセスを使用して形成される障壁層膜の特性に起因して、障壁層は、形成される太陽電池デバイスにおける青い光吸収の改善、それゆえに、太陽電池効率の改善に役立つように使用されることができると考えられる。約20〜約50の水素対シランの希釈比および37.9sccm/L(110,000sccm)を超える流量における障壁層の堆積は、曲線因子および、他の従来形成された太陽電池デバイスより優れた光安定性などの電気特徴を改善すると考えられる。 [0094] It has been found that the barrier layer 1023 at the interface between the p-i layers can improve the electrical performance of the solar cell. In one embodiment, the barrier layer 1023 is similar to the PIB layer described above. In certain embodiments, the barrier layer 1023 is equal to the next i-layer deposition process for about 38 seconds to about 225 seconds, or the next i to form a barrier layer having a thickness of about 50-300 mm. Formed by plasma deposition using a silane precursor diluted in hydrogen at a ratio of about 20 to about 50 at a pressure about 0.5 Torr greater than the layer deposition process. The barrier layer is believed to provide a wide band gap and improve the open circuit voltage of solar cells up to about 50 meV. Since the barrier layer is positioned between the previously deposited layer and the next higher deposition rate intrinsic layer described below, the barrier layer is used to ionize previously deposited layers. Impact may be minimized. In order to minimize the impact of previously deposited layers during the barrier layer deposition step, the deposition process typically uses a low RF plasma deposition power. In one embodiment, the barrier layer is an intrinsic type amorphous material and is a silane gas mixture diluted with hydrogen having a dilution ratio of about 20 to about 50, equal to or more than an i-layer deposition process. It is formed on the substrate using a high chamber pressure and an RF plasma power of about 23 mW / cm 2 (1200 W) to about 61 mW / cm 2 (3240 W) for a time period of about 18 seconds to about 3600 seconds. In one configuration, the chamber pressure is equal to or about 0.5 Torr greater than the i-layer deposition process. In one embodiment, the barrier layer comprising an intrinsic type amorphous silicon layer provides silane at a flow rate of about 1.5 sccm / L (4235 sccm) such that the mixing ratio of hydrogen gas to silane gas is about 25. At the flow rate, while providing hydrogen gas, the substrate support temperature is maintained at about 200 ° C., the plasma power is controlled at about 27 mW / cm 2 (1525 W), and the chamber pressure is about 3.0 seconds for about 3.0 seconds. Formed by being maintained in Toll. In one configuration, due to the properties of the barrier layer film formed using the process described herein, the barrier layer improves blue light absorption in the formed solar cell device, and therefore It is believed that it can be used to help improve solar cell efficiency. Barrier layer deposition at hydrogen to silane dilution ratios of about 20 to about 50 and flow rates in excess of 37.9 sccm / L (110,000 sccm) is an excellent factor for fill factor and other conventionally formed solar cell devices. It is thought to improve electrical characteristics such as stability.
[0095]次のステップにおいて、真性層1024は、基板表面の上に堆積される。緩衝層の堆積に続いて、真性型非晶質材料の2000〜3000Åの厚さの層が、約8〜約15の希釈比を有する水素によって希釈されたシランガス混合物、約2〜約3トールのチャンバ圧力、および約300〜約1800秒の時間期間において、約27mW/cm2(1440W)〜約91mW/cm2のRFプラズマ電力を使用して、基板の上に形成される。一実施例において、2600Åの真性非晶質層は、約9000sccmの流量でシランを提供して、水素ガス対シランガスの混合比が約12.5であるような流量で、水素ガスを提供すると同時に、基板支持体温度が、約200℃に維持され、プラズマ電力は、約55mW/cm2(3168W)に制御され、チャンバ圧力は約736秒間、約2.5トールに維持されることによって形成されてもよい。
[0095] In the next step, an
[0096]次のステップにおいて、n型ドープ非晶質層1026は、約5.0〜約9.0の水素対シラン希釈比、約1:1〜約1:3のドーパント:シランの比の0.5%ホスフィン(PH3)ガス対シランガスの混合比に相当する流量のドーピング前駆物質、約68(3600W)〜約114mW/cm2(6000W)のRFプラズマ電力、および約24〜約36秒の時間期間において、約1〜約3トールのチャンバ圧力を利用して、i型真性層1024の表面上に堆積される。一実施例において、200〜300Åのn型非晶質シリコン層は、約1.0sccm/L(3000sccm)〜約3.1sccm/L(6000sccm)の流量でシランを提供して、水素ガス対シランガスの混合比が約5.0であるような流量で、水素ガスを提供し、約1:3の0.5%ホスフィン(PH3)ガス対シランガスの混合比に相当する流量のドーピング前駆物質を提供すると同時に、基板支持体温度が、約200℃に維持され、プラズマ電力は、約81mW/cm2(4678W)に制御され、チャンバ圧力は約25秒間、約1.5トールに維持されることによって形成される。この実施例において、基板は、シャワーヘッド410から約640ミルに位置決めされることができる。
[0096] In the next step, the n-type doped
[0097]次のステップにおいて、縮退的にドープされる(たとえば、n++)n型ドープ非晶質層1027は、約5.0〜約9.0の水素対シラン希釈比、約1:2〜約1:5(ホスフィン:シランの比)の0.5%ホスフィン(PH3)ガス対シランガスの混合比に相当する流量のドーピング前駆物質、約68mW/cm2(3600W)〜約113mW/cm2(6000W)のRFプラズマ電力、および約8〜約25秒の間において、約1〜約3トールのチャンバ圧力を利用して、n型層1026の表面の上に堆積されて、50〜150Åの厚い層を形成する。一実施例において、80Åのn++型非晶質シリコン層は、約0.5sccm/L(1500sccm)〜約3.1sccm/L(6000sccm)の流量でシランを提供して、水素ガス対シランガスの混合比が約8.3であるような流量で、水素ガスを提供し、約5:1のホスフィン(PH3)ガス対シランガスの混合比に相当する流量のドーピング前駆物質を提供すると同時に、基板支持体温度が、約200℃に維持され、プラズマ電力は、約72mW/cm2(4153W)に制御され、チャンバ圧力は約10秒間、約1.5トールに維持されることによって形成される。この実施例において、基板は、シャワーヘッド410から約640ミルに位置決めされることができる。
[0097] In the next step, a degenerately doped (eg, n ++ ) n-type doped
[0098]n層およびn+層が形成された後、プラズマが再び、処理体積において生成されて、上記で説明したように、基板における静電荷を排除してもよい。一実施形態において、このステップは、種々の間隔における6ステップなどのシャワーヘッド間隔に対する種々の基板における多重サブステップを備え、静電荷を完全に排除する。一実施形態において、処理体積を流れるガスは、水素を含む。一実施例において、いわゆる「電力上昇ステップ」は、約10.3sccm/L(30,000sccm)の流量で水素ガスを提供して、約2.0トールのチャンバ圧力を達成すると同時に、基板がシャワーヘッド410から約1400ミルに位置決めされ、約57mW/cm2のRF電力が約3秒間分配されることを備える。別の実施例において、電力上昇ステップは、約10.3sccm/L(30,000sccm)の流量で水素ガスを提供して、約2.0トールのチャンバ圧力を達成すると同時に、基板がシャワーヘッド410から約1400ミルに位置決めされ、約57mW/cm2のRF電力が約3秒間分配される第1のステップと、約2.0トールのチャンバ圧力を達成するように、約10.3sccm/L(30,000sccm)の流量で水素ガスが分配されると同時に、基板がシャワーヘッド410から約6000ミルに位置決めされ、約57mW/cm2のRF電力が約5秒間分配される第2のステップと、を備える。
[0098] After the n and n + layers are formed, plasma may be generated again in the processing volume to eliminate the electrostatic charge on the substrate, as described above. In one embodiment, this step comprises multiple sub-steps on different substrates for showerhead spacing, such as 6 steps at different spacing, completely eliminating static charge. In one embodiment, the gas flowing through the processing volume includes hydrogen. In one embodiment, a so-called “power ramping step” provides hydrogen gas at a flow rate of about 10.3 sccm / L (30,000 sccm) to achieve a chamber pressure of about 2.0 Torr while the substrate is showered. Positioned about 1400 mils from the
[0099]前述の内容は、本発明の実施形態に向けられているが、本発明の他の実施形態および別の実施形態は、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく考案されることができ、本発明の範囲は、以下の請求項によって決定される。たとえば、図4のプロセスチャンバは、水平位置に示されている。本発明の他の実施形態において、プロセスチャンバは、垂直などの水平以外の位置にあってもよいことは理解される。たとえば、本発明の実施形態は、図5において多重プロセスチャンバクラスタツールに関して記載されている。本発明の実施形態はまた、インラインシステムおよび混成インライン/クラスタシステムにおいて実現されてもよいことは理解される。たとえば、本発明の実施形態は、第1のp−i−n接合および第2のp−i−n接合を形成するように構成された第1のシステムに関して記載されている。本発明の他の実施形態において、第1のp−i−n接合および第2のp−i−n接合は、1つのシステムにおいて形成されてもよいことは理解される。たとえば、本発明の実施形態は、真性型層およびn型層の両方を堆積するようになっているプロセスチャンバに関して記載されている。本発明の他の実施形態において、別個のチャンバが、真性型層およびn型層を堆積するようになってもよいことは理解される。本発明の他の実施形態において、プロセスチャンバは、p型層および真性型層の両方を堆積するようになってもよいことは理解される。 [0099] While the foregoing is directed to embodiments of the invention, other and alternative embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope thereof. And the scope of the invention is determined by the following claims. For example, the process chamber of FIG. 4 is shown in a horizontal position. It will be appreciated that in other embodiments of the invention the process chamber may be in a position other than horizontal, such as vertical. For example, an embodiment of the present invention is described with respect to a multi-process chamber cluster tool in FIG. It is understood that embodiments of the present invention may also be implemented in inline systems and hybrid inline / cluster systems. For example, embodiments of the present invention are described with reference to a first system configured to form a first pin junction and a second pin junction. It will be appreciated that in other embodiments of the present invention, the first pin junction and the second pin junction may be formed in one system. For example, embodiments of the present invention are described with respect to a process chamber adapted to deposit both intrinsic and n-type layers. It will be appreciated that in other embodiments of the invention, separate chambers may be adapted to deposit intrinsic and n-type layers. It will be appreciated that in other embodiments of the invention, the process chamber may be adapted to deposit both p-type and intrinsic type layers.
100…多接合太陽電池または基板、101…太陽放射、102…基板、110…第1の透明導電性酸化物(TCO)層、120…第1のp−i−n接合、121…p型微晶質シリコン接触層、122…p型非晶質シリコン層、124…真性型非晶質シリコン層、125…n型非晶質シリコン緩衝層、126…n型微晶質シリコン層、130…第2のp−i−n接合、132…p型微晶質シリコン層、134…真性型微晶質シリコン層、136…n型非晶質シリコン層、140…第2のTCO層、150…金属バッキング層、400…プラズマ強化型化学気相堆積(PECVD)チャンバ、402…壁、404…下部、406…プロセス体積、408…弁、409…真空ポンプ、410…シャワーヘッド、412…バッキングプレート、414…懸架装置、416…中心支持体、420…ガス源、422…RF電源、424…遠隔プラズマ源、430…基板支持体、431…接地ストラップ、432…基板収容表面、434…ステム、433…シャドウフロム、436…リフトシステム、438…リフトピン、439…加熱および/または冷却要素、500…プロセスシステム、510…ロードロックチャンバ、520…移送チャンバ、522…真空ロボット、531〜537…プロセスチャンバ、802…予備のp型非晶質シリコン層、804…n型非晶質シリコン層、806…高密度にドープされたn型非晶質シリコン層、808…n型微晶質シリコン層、810…p型微晶質シリコン層、812…真性型微晶質シリコン層、814…n型微晶質シリコン層、820…n型非晶質シリコン緩衝層、821…n型非晶質シリコン緩衝層、850…太陽電池、852…太陽電池、854…太陽電池、900…多接合太陽電池、902…第1の上部界面層、904…p−i緩衝真性型非晶質シリコン層(PIB層)、906…n型非晶質シリコン緩衝層、908…界面層、910…第1の接合、912…任意のPIB層、914…真性型微晶質シリコン層、916…n型非晶質シリコン層、918…、第2の下部界面層、920…第2の接合、1000…太陽電池、1020…p−i−n接合、1022…p型非晶質シリコン層、1023…障壁層、1024…真性型非晶質シリコン層、1026…n型非晶質シリコン層、1027…縮退的にドープされるn++型非晶質半導体層、1032…第2のTCO層、1034…金属バッキング層。
DESCRIPTION OF
Claims (48)
基板に第1の光起電力接合を形成するステップと、
前記第1の光起電力接合の上に第2の光起電力接合を形成するステップであって、
p型微晶質シリコン層を形成する工程、
前記p型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成する工程であって、前記真性型微晶質シリコン層が形成されるときに、1つまたは複数のプロセス変数が、真性型微晶質シリコン層の厚さ内の2箇所以上の点で結晶留分を制御するように調整される工程、
前記真性型微晶質層の上にn型非晶質シリコン層を形成する工程、
を備える前記ステップと、
を備える、前記方法。 In a method of forming a thin film multi-junction solar cell on a substrate,
Forming a first photovoltaic junction on a substrate;
Forming a second photovoltaic junction on the first photovoltaic junction, comprising:
forming a p-type microcrystalline silicon layer;
Forming an intrinsic microcrystalline silicon layer on the p-type microcrystalline silicon layer, wherein when the intrinsic microcrystalline silicon layer is formed, one or more process variables are: A step adjusted to control the crystal fraction at two or more points within the thickness of the intrinsic type microcrystalline silicon layer;
Forming an n-type amorphous silicon layer on the intrinsic microcrystalline layer;
Comprising the steps of:
Said method.
p型非晶質シリコン層を形成するステップと、
前記p型非晶質シリコン層の上に真性型非晶質シリコン層を形成するステップと、
前記真性型非晶質シリコン層の上にn型微晶質シリコン層を形成するステップと、
をさらに備える、請求項1に記載の形成方法。 The first photovoltaic junction is
forming a p-type amorphous silicon layer;
Forming an intrinsic amorphous silicon layer on the p-type amorphous silicon layer;
Forming an n-type microcrystalline silicon layer on the intrinsic amorphous silicon layer;
The forming method according to claim 1, further comprising:
前記真性型微晶質シリコン層を形成する前記ステップ中に、第1のガスとシランガスとの間の比を調整する工程をさらに備え、前記第1のガスが、水素を含む、請求項1に記載の形成方法。 The step of forming the intrinsic type microcrystalline silicon layer comprises:
The method of claim 1, further comprising adjusting a ratio between a first gas and a silane gas during the step of forming the intrinsic type microcrystalline silicon layer, wherein the first gas includes hydrogen. The forming method as described.
約100:1〜約400:1の水素対シランのガス比を有するガス混合物を供給して、前記n型微晶質シリコン層を堆積する工程をさらに備える、請求項2に記載の形成方法。 The step of forming the n-type microcrystalline silicon layer comprises:
The method of claim 2, further comprising providing a gas mixture having a hydrogen to silane gas ratio of about 100: 1 to about 400: 1 to deposit the n-type microcrystalline silicon layer.
約200:1〜約800:1の水素対シランのガス比を有するガス混合物を供給して、前記p型微晶質シリコン層を堆積する工程をさらに備える、請求項1に記載の形成方法。 The step of forming the p-type microcrystalline silicon layer comprises:
The method of claim 1, further comprising providing a gas mixture having a hydrogen to silane gas ratio of about 200: 1 to about 800: 1 to deposit the p-type microcrystalline silicon layer.
前記基板の前記表面に向かって水素を含むガスを分配する工程、
前記基板の前記表面の上にRFプラズマを生成する工程、
を備えるステップをさらに備える、請求項1に記載の形成方法。 Performing a hydrogen treatment process on the substrate before forming the p-type microcrystalline silicon layer, the hydrogen treatment comprising:
Distributing a gas containing hydrogen toward the surface of the substrate;
Generating RF plasma on the surface of the substrate;
The forming method according to claim 1, further comprising the step of:
前記基板表面の上に配列される前記p型微晶質シリコン層に向かって水素を含むガスを分配する工程、
前記p型微晶質シリコン層の前記表面の上にRFプラズマを生成する工程、
を備えるステップをさらに備える、請求項1に記載の形成方法。 Performing a hydrogen treatment process on the substrate before forming the intrinsic microcrystalline silicon layer, the hydrogen treatment comprising:
Distributing a gas containing hydrogen toward the p-type microcrystalline silicon layer arranged on the substrate surface;
Generating RF plasma on the surface of the p-type microcrystalline silicon layer;
The forming method according to claim 1, further comprising the step of:
前記基板の表面に向かってアルゴンを含むガスを分配する工程、
前記基板の前記表面の上にRFプラズマを生成する工程、
を備えるステップをさらに備える、請求項2に記載の形成方法。 Performing an argon treatment process before depositing the p-type amorphous silicon layer, wherein the argon treatment comprises:
Distributing a gas containing argon toward the surface of the substrate;
Generating RF plasma on the surface of the substrate;
The forming method according to claim 2, further comprising the step of:
前記基板の表面にシランガスを第1の流量で分配する工程、
水素対シランの希釈比が約5.0〜約9.0であるように水素を含有するガスを分配する工程、
約1:1〜約1:3のドーピング前駆物質ガス対シランガスの混合比であるような流量で、ドーピング前駆物質ガスを分配する工程、
約1〜約3トールで前記基板の表面に隣接する処理体積における圧力を制御する工程、を備える、請求項1に記載の形成方法。 The step of forming the n-type amorphous silicon layer comprises:
Distributing silane gas at a first flow rate on the surface of the substrate;
Distributing the hydrogen-containing gas such that the dilution ratio of hydrogen to silane is about 5.0 to about 9.0;
Dispensing the doping precursor gas at a flow rate such that the mixing ratio of doping precursor gas to silane gas is from about 1: 1 to about 1: 3;
The method of claim 1, comprising controlling pressure in a processing volume adjacent to the surface of the substrate at about 1 to about 3 Torr.
第1のプロセスチャンバにおいて行われるステップと、
前記基板を第2のプロセスチャンバに移送し、次に、前記真性型微晶質シリコン層および前記n型非晶質シリコン層を形成するステップと、
をさらに備える、請求項1に記載の形成方法。 After forming the p-type microcrystalline silicon layer, generating RF plasma on the surface of the substrate, forming the p-type microcrystalline silicon layer and generating the RF plasma But,
Steps performed in the first process chamber;
Transferring the substrate to a second process chamber, and then forming the intrinsic microcrystalline silicon layer and the n-type amorphous silicon layer;
The forming method according to claim 1, further comprising:
基板に第1の光起電力接合を形成するステップであって、
p型非晶質シリコン層を形成する工程、
前記p型非晶質シリコン層の上に真性型非晶質シリコン層を形成する工程であって、前記真性型非晶質シリコン層が、p−i緩衝真性型非晶質シリコン層およびバルク真性型非晶質シリコン層を含む工程、
前記真性型非晶質シリコン層の上にn型微晶質シリコン層を形成する工程、
を備える、前記ステップと、
前記第1の光起電力接合の上に第2の光起電力接合を形成するステップであって、
p型微晶質シリコン層を形成する工程、
前記p型微晶質シリコン層の上に真性型微晶質シリコン層を形成する工程、
前記真性型微晶質シリコン層の上にn型非晶質シリコン層を形成する工程、
を備える、前記ステップと、
を備える、形成方法。 In a method of forming a thin film multi-junction solar cell on a substrate,
Forming a first photovoltaic junction on a substrate, comprising:
forming a p-type amorphous silicon layer;
Forming an intrinsic type amorphous silicon layer on the p type amorphous silicon layer, wherein the intrinsic type amorphous silicon layer comprises a pi buffer intrinsic type amorphous silicon layer and a bulk intrinsic type; A step including a type amorphous silicon layer;
Forming an n-type microcrystalline silicon layer on the intrinsic type amorphous silicon layer;
Comprising the steps of:
Forming a second photovoltaic junction on the first photovoltaic junction, comprising:
forming a p-type microcrystalline silicon layer;
Forming an intrinsic microcrystalline silicon layer on the p-type microcrystalline silicon layer;
Forming an n-type amorphous silicon layer on the intrinsic microcrystalline silicon layer;
Comprising the steps of:
A forming method.
前記真性型非晶質シリコン層を堆積するように供給されるガス混合物を調整する工程であって、前記ガス混合物が、少なくともシランガスおよび水素ガスを含む工程をさらに備える、請求項23に記載の形成方法。 The step of forming the intrinsic amorphous silicon layer comprises:
24. The formation of claim 23, further comprising adjusting a gas mixture supplied to deposit the intrinsic type amorphous silicon layer, wherein the gas mixture further comprises at least a silane gas and a hydrogen gas. Method.
前記基板の表面に隣接する処理体積に第1の流量でシランガスを分配する工程、
水素対シランの希釈比が、約8〜約15であるように、前記処理体積に水素を含有するガスを分配する工程、
処理体積における圧力を第1の圧力に制御する工程、
をさらに備え、
前記バルク真性型非晶質シリコン層を形成する前に、前記p−i緩衝真性型非晶質シリコン層を形成するステップであって、前記p−i緩衝真性型非晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
前記処理体積に第2の流量でシランガスを分配する工程、
前記第2の流量に対する前記水素を含有するガスの前記流量の比が、約20〜約50であるように、前記処理体積に水素を含有するガスを分配する工程、
前記処理体積における圧力を前記第1の圧力より大きいかまたは等しい圧力に制御する工程をさらに備える、請求項23に記載の形成方法。 The step of forming the bulk intrinsic amorphous silicon layer comprises:
Distributing silane gas at a first flow rate to a processing volume adjacent to the surface of the substrate;
Distributing a hydrogen-containing gas to the treatment volume such that a dilution ratio of hydrogen to silane is about 8 to about 15.
Controlling the pressure in the processing volume to a first pressure;
Further comprising
Forming the pi buffer intrinsic type amorphous silicon layer before forming the bulk intrinsic type amorphous silicon layer, wherein the pi buffer intrinsic type amorphous silicon layer is formed; Said step comprises
Distributing silane gas at a second flow rate to the processing volume;
Distributing the hydrogen-containing gas to the processing volume such that a ratio of the flow rate of the hydrogen-containing gas to the second flow rate is from about 20 to about 50;
24. The method of claim 23, further comprising controlling the pressure in the processing volume to a pressure that is greater than or equal to the first pressure.
第1のプロセスチャンバにおいて行われるステップと、
前記基板を第2のプロセスチャンバに移送し、次に、前記真性型非晶質シリコン層および前記n型微晶質シリコン層を形成するステップと、
をさらに備える、請求項23に記載の形成方法。 After forming the p-type amorphous silicon layer, generating RF plasma on the surface of the substrate, forming the p-type amorphous silicon layer and generating the RF plasma Step is
Steps performed in the first process chamber;
Transferring the substrate to a second process chamber and then forming the intrinsic type amorphous silicon layer and the n type microcrystalline silicon layer;
The forming method according to claim 23, further comprising:
p型非晶質シリコン層と、
p−i緩衝真性型非晶質シリコン層と、
バルク真性型非晶質シリコン層と、
n型微晶質シリコン層と、を備え、前記第2の光起電力接合が、
pドープ微晶質シリコン層と、
真性型微晶質シリコン層と、
前記真性型微晶質シリコン層に隣接するnドープ非晶質シリコン層と、
を備える、タンデム接合光起電デバイス。 A tandem junction photovoltaic device comprising a first photovoltaic junction and a second photovoltaic junction, wherein the first photovoltaic junction is
a p-type amorphous silicon layer;
a pi buffer intrinsic type amorphous silicon layer;
A bulk intrinsic amorphous silicon layer;
an n-type microcrystalline silicon layer, wherein the second photovoltaic junction is
a p-doped microcrystalline silicon layer;
An intrinsic type microcrystalline silicon layer;
An n-doped amorphous silicon layer adjacent to the intrinsic type microcrystalline silicon layer;
A tandem junction photovoltaic device.
前記基板の表面に隣接する処理体積に第1の流量でシランガスを分配する工程、
水素対シランの希釈比が、約8〜約15であるように、前記処理体積に水素を含有するガスを分配する工程、
処理体積における圧力を第1の圧力に制御する工程、
をさらに備え、
前記バルク真性型非晶質シリコン層を形成する前に、前記p−i緩衝真性型非晶質シリコン層を形成するステップであって、前記p−i緩衝真性型非晶質シリコン層を形成する前記ステップが、
前記処理体積に第2の流量でシランガスを分配する工程、
前記第2の流量に対する前記水素を含有するガスの前記流量の比が、約20〜約50であるように、前記処理体積に水素を含有するガスを分配する工程、
前記処理体積における圧力を前記第1の圧力より大きいかまたは等しい圧力に制御する工程をさらに備える、請求項31に記載の形成方法。 The step of forming the bulk intrinsic amorphous silicon layer comprises:
Distributing silane gas at a first flow rate to a processing volume adjacent to the surface of the substrate;
Distributing a hydrogen-containing gas to the treatment volume such that a dilution ratio of hydrogen to silane is about 8 to about 15.
Controlling the pressure in the processing volume to a first pressure;
Further comprising
Forming the pi buffer intrinsic type amorphous silicon layer before forming the bulk intrinsic type amorphous silicon layer, wherein the pi buffer intrinsic type amorphous silicon layer is formed; Said step comprises
Distributing silane gas at a second flow rate to the processing volume;
Distributing the hydrogen-containing gas to the processing volume such that a ratio of the flow rate of the hydrogen-containing gas to the second flow rate is from about 20 to about 50;
32. The forming method according to claim 31, further comprising the step of controlling the pressure in the processing volume to a pressure greater than or equal to the first pressure.
第1のプロセスチャンバにおいて行われるステップと、
前記基板を第2のプロセスチャンバに移送し、次に、前記バルク真性型非晶質シリコン層および前記n型微晶質シリコン層を形成するステップと、
をさらに備える、請求項31に記載の形成方法。 After forming the p-type amorphous silicon layer, generating RF plasma on the surface of the substrate, forming the p-type amorphous silicon layer and generating the RF plasma Step is
Steps performed in the first process chamber;
Transferring the substrate to a second process chamber and then forming the bulk intrinsic amorphous silicon layer and the n-type microcrystalline silicon layer;
The forming method according to claim 31, further comprising:
前記基板の前記表面に向かって水素を含むガスを分配する工程、
前記基板の前記表面の上にRFプラズマを生成する工程、
を備えるステップをさらに備える、請求項31に記載の形成方法。 Performing a hydrogen treatment process on the substrate before depositing the p-type amorphous silicon layer, the hydrogen treatment comprising:
Distributing a gas containing hydrogen toward the surface of the substrate;
Generating RF plasma on the surface of the substrate;
The forming method according to claim 31, further comprising:
pドープ微晶質シリコン層と、
真性型微晶質シリコン層であって、前記真性型微晶質シリコン層が、多重ステップ堆積プロセスによって形成され、各堆積ステップが、各堆積ステップにおいて異なる膜結晶留分を形成するために、異なる水素対シランの比を有するガス混合物を有する、真性型微晶質シリコン層と、
前記真性型微晶質シリコン層に隣接するnドープ非晶質シリコン層と、
を備える、タンデム接合光起電デバイス。 Comprising a first photovoltaic junction and a second photovoltaic junction, the second photovoltaic junction comprising:
a p-doped microcrystalline silicon layer;
An intrinsic type microcrystalline silicon layer, wherein the intrinsic type microcrystalline silicon layer is formed by a multi-step deposition process, each deposition step being different to form a different film crystal fraction in each deposition step An intrinsic type microcrystalline silicon layer having a gas mixture having a ratio of hydrogen to silane;
An n-doped amorphous silicon layer adjacent to the intrinsic type microcrystalline silicon layer;
A tandem junction photovoltaic device.
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