JP2015012171A - 結晶シリコン系光電変換装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一導電型単結晶シリコン基板1の一方の面に第1真性シリコン系層2、逆導電型シリコン系層3、および第1透明導電層6をこの順に有し、前記一導電型単結晶シリコン基板の他方の面に第2真性シリコン系層4、一導電型シリコン系層5および第2透明導電層8をこの順に有する結晶シリコン系光電変換装置に関する。前記一導電型単結晶シリコン基板は、表面に酸化膜を有する。前記一導電型単結晶シリコン基板の一方の面、他方の面もしくは側面の少なくともいずれかに、前記一導電型単結晶シリコン基板側から、前記酸化膜、逆導電型シリコン系層および一導電型シリコン系層がこの順に形成されていることが好ましい。
【選択図】図1
Description
水蒸気量(g/m3)=相対湿度RH(%)×飽和水蒸気量aT(g/m3)/100
を意味する。
すなわち第1真性シリコン系層もしくは第2真性シリコン系層の少なくともいずれか一方に、水素プラズマ処理を行うことが好ましい。水素プラズマ処理を行うことにより、単結晶シリコン基板上の欠陥および前記酸化膜の形成により発生した欠陥を水素により終端することが可能となると推測される。
また水素プラズマ処理による水素パッシベーションや欠陥低減効果を高める観点において、プラズマ処理工程における高周波パワー密度は、0.01W/cm2以上が好ましく、0.016W/cm2以上がより好ましい。
結晶シリコン基板への水素パッシベーション効果を改善する観点において、プラズマ処理時間は、3秒以上であることが好ましく、10秒以上であることがより好ましい。
膜厚は、断面の透過型電子顕微鏡(TEM)観察により求めた。なお、TEM観察によって、真性シリコン系層と導電型シリコン系層との界面を識別することは困難である。そのため、これらの層の膜厚は、TEM観察から求められた各層の合計厚みと製膜時間の比から算出した。また、テクスチャが形成されたシリコン基板表面に形成された層については、テクスチャの斜面と垂直な方向を膜厚方向とした。光電変換装置の光電変換特性は、ソーラーシミュレータを用いて評価した。
水蒸気量(g/m3)=相対湿度RH(%)×飽和水蒸気量aT(g/m3)/100
なお、温度T=25(℃)のとき、飽和水蒸気量は、a25=23.0(g/m3)として上記式により水蒸気量を求めた。また上記のように求めた水蒸気量(g/m3)と、該水蒸気にさらした暴露時間(分)をかけた以下の式により水蒸気暴露量を求めた。
水蒸気暴露量(g・分/m3)=水蒸気量(g/m3)×暴露時間(分)
実施例1では、図1に模式的に示す結晶シリコン系光電変換装置が製造された。また各工程における雰囲気の温度は25℃であった。
シリコン酸化膜除去工程から製膜装置導入工程Aまでの環境における暴露時間が表1に示すように変更された以外は、実施例1と同様にして太陽電池セルが作製された。
シリコン酸化膜除去工程から製膜装置導入工程Aまでの環境における水蒸気量WAが表1に示すように変更された以外は、実施例3と同様にして太陽電池セルが作製された。
シリコン酸化膜除去工程から製膜装置導入工程Aまでの環境における暴露時間が表1に示すように変更された以外は、実施例4と同様にして太陽電池セルが作製された。
基板取出し工程Aから製膜装置導入工程Bまでの環境における水蒸気暴露量WtBが表1に示すように変更された以外は、実施例4と同様にして太陽電池セルが作製された。
シリコン酸化膜除去工程から製膜装置導入工程Aまでの環境における暴露時間および水蒸気量WAが表1に示すように変更された以外は、実施例1と同様にして太陽電池セルが作製された。
シリコン酸化膜除去工程から製膜装置導入工程Aまでの環境における暴露時間が表1に示すように変更された以外は、比較例1と同様にして太陽電池セルが作製された。
シリコン酸化膜除去工程から製膜装置導入工程Aまでの環境における水蒸気量WAが表1に示すように変更された以外は、実施例6と同様にして太陽電池セルが作製された。
シリコン酸化膜除去工程から製膜装置導入工程Aまでの環境における暴露時間が表1に示すように変更された以外は、比較例3と同様にして太陽電池セルが作製された。
シリコン系層形成工程Bにおいて単結晶シリコン基板1の裏面側の第2真性非晶質シリコン層に水素プラズマ処理を実施した点以外は、実施例4と同様にして太陽電池セルが作製された。
実施例9では、シリコン系層形成工程Aにおいて前記第1真性シリコン系層2形成時に水素プラズマ処理を実施しない点において実施例4とは製造方法が異なっていた。それ以外は、実施例4と同様の方法で太陽電池を製造した。
実施例10では、シリコン系層形成工程Aにおいて前記第1真性シリコン系層2形成時に水素プラズマ処理を実施しなかった点以外は、実施例8と同様にして太陽電池セルが作製された。
比較例5では、n型非晶質シリコン層5をp型非晶質シリコン層3より先にした点以外は、実施例9と同様にして太陽電池セルが作製された。
比較例6では、シリコン系層形成工程Bにおいて前記第2真性シリコン系層4形成時に水素プラズマ処理を実施した点以外は、比較例5と同様にして太陽電池セルが作製された。
比較例7では、シリコン系層形成工程Aにおいて前記第1真性シリコン系層2形成時に水素プラズマ処理を実施した点以外は、比較例5と同様にして太陽電池セルが作製された。
比較例8では、シリコン酸化膜除去工程から製膜装置導入工程Aまでの環境における暴露時間および水蒸気量WAが表1に示すように変更された以外は、比較例5と同様にして太陽電池セルが作製された。
比較例9では、p型非晶質シリコン層3をn型非晶質シリコン層5より先にした点以外は、比較例8と同様にして太陽電池セルが作製された。
比較例10では、シリコン酸化膜除去工程から製膜装置導入工程Aまでの環境における暴露時間および水蒸気量WAが表1に示すように変更された以外は、比較例8と同様にして太陽電池セルが作製された。
比較例11では、p型非晶質シリコン層3をn型非晶質シリコン層5より先にした点以外は、比較例10と同様にして太陽電池セルが作製された。
この理由としては、前記真性シリコン系層に水素プラズマ処理を行うことにより前記酸化膜の形成により発生した欠陥を水素により終端しているためであると推測される。
11 酸化膜付き基板
11a,b 酸化膜
12 酸化膜なし基板
2 第1真性シリコン系層
3 逆導電型シリコン系層
4 第2真性シリコン系層
5 一導電型シリコン系層
6,8 透明導電層
7,9 集電極
Claims (10)
- 一導電型単結晶シリコン基板の一方の面に第1真性シリコン系層、逆導電型シリコン系層、および第1透明導電層をこの順に有し、前記一導電型単結晶シリコン基板の他方の面に第2真性シリコン系層、一導電型シリコン系層および第2透明導電層をこの順に有する結晶シリコン系光電変換装置を製造する方法であって、
前記一導電型単結晶シリコン基板を準備する基板準備工程と、
前記一導電型単結晶シリコン基板表面の酸化膜を除去する酸化膜除去工程と、
前記一導電型単結晶シリコン基板を製膜装置に導入する製膜装置導入工程Aと、
前記第1真性シリコン系層もしくは前記第2真性シリコン系層の一方を形成するシリコン系層形成工程Aと、
前記一導電型単結晶シリコン基板を反転させる基板反転工程と、
前記第1真性シリコン系層もしくは前記第2真性シリコン系層の他方を形成するシリコン系層形成工程Bをこの順に有し、
さらに、前記第1真性シリコン系層上に逆導電型シリコン系層を形成する工程と、前記第2真性シリコン系層上に一導電型シリコン系層を形成する工程をこの順に有し、
前記酸化膜除去工程から前記製膜装置導入工程Aまでの環境における、水蒸気量WA(g/m3)と暴露時間(分)の積で定義される水蒸気暴露量WtAが12g・分/m3以上165g・分/m3以下を満たす、結晶シリコン系光電変換装置の製造方法。 - 前記シリコン系層形成工程Aにおいて、前記第1真性シリコン系層と前記逆導電型シリコン系層をこの順に形成し、
前記シリコン系層形成工程Bにおいて、前記第2真性シリコン系層と前記一導電型シリコン系層をこの順に形成する、請求項1に記載の結晶シリコン系光電変換装置の製造方法。 - 前記第1真性シリコン系層もしくは第2真性シリコン系層の少なくともいずれか一方に水素プラズマ処理を行う、請求項1または2に記載の結晶シリコン系光電変換装置の製造方法。
- 前記酸化膜除去工程から前記製膜装置導入工程Aまでの環境における水蒸気量WAが、6g/m3以上11g/m3以下を満たす、請求項1〜3のいずれか1項に記載の結晶シリコン系光電変換装置の製造方法。
- 前記第一真性シリコン系層もしくは第二真性シリコン系層の少なくとも一方の膜厚が、5nm以上10nm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の結晶シリコン系光電変換装置の製造方法。
- 前記シリコン系層形成工程Aの後、基板反転工程の前に、製膜装置から基板を取り出す基板取出し工程Aと、
前記基板反転工程の後、シリコン系層形成工程Bの前に、前記一導電型単結晶シリコン基板を製膜装置に導入する製膜装置導入工程Bをこの順に有し、
前記基板取出し工程Aから前記製膜装置導入工程Bまでの環境における水蒸気暴露量WtBが3g・分/m3以上130g・分/m3以下を満たす、請求項1〜5のいずれか1項に記載の結晶シリコン系光電変換装置の製造方法。 - 前記基板取出し工程Aから前記製膜装置導入工程Bまでの環境における水蒸気量WBが、7.0g/m3以下に保持される請求項1〜6のいずれか1項に記載の結晶シリコン系光電変換装置の製造方法。
- 前記第1真性シリコン系層および第2真性シリコン系層が、非晶質シリコン系層である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の結晶シリコン系光電変換装置の製造方法。
- 一導電型単結晶シリコン基板の一方の面に第1真性シリコン系層、逆導電型シリコン系層、および第1透明導電層をこの順に有し、前記一導電型単結晶シリコン基板の他方の面に第2真性シリコン系層、一導電型シリコン系層および第2透明導電層をこの順に有する結晶シリコン系光電変換装置であって、前記一導電型単結晶シリコン基板は、表面に酸化膜を有し、
前記一導電型単結晶シリコン基板の一方の面、他方の面もしくは側面の少なくともいずれかに、前記一導電型単結晶シリコン基板側から、前記酸化膜、逆導電型シリコン系層および一導電型シリコン系層がこの順に形成されている、結晶シリコン系光電変換装置。 - 前記第1真性シリコン系層および第2真性シリコン系層が、非晶質シリコン系層である請求項9に記載の結晶シリコン系光電変換装置。
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