JP4197863B2 - 光起電力装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光起電力装置の製造方法に関し、特に、透明導電膜を形成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)型の光起電力装置は、シリコンウエハ上に非晶質半導体層,透明導電膜,集電極を順次形成して構成され、シリコンウエハとは反対側から入射する光を主に利用した光起電力装置である。このHIT型光起電力装置は、結晶系の光起電力装置に比べて低温状態で製造プロセスが可能であり、低コスト化及び高変換効率化を図れる光起電力装置として期待されている。
【0003】
1枚のシリコンウエハにて高い変換出力を得るためには、光電変換面積を増やすことが重要であり、そのために透明導電膜の形成面積をできる限り大きくすることが行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このように透明導電膜の形成面積を大きくしようとした場合、シリコンウエハに形成された非晶質半導体層上に透明導電膜を形成する際に、非晶質半導体層が形成されていない部分にまで透明導電膜が形成されることがある。このような場合に、この余分に形成された透明導電膜とシリコンウエハとでリークが起こり、光電変換特性の劣化の原因となるという問題がある。
【0005】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、形成した透明導電膜の端部に高抵抗化処理を施すことにより、上述したようなリークを防止でき、高い歩留りと高い変換特性とを実現できる光起電力装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
第1発明に係る光起電力装置の製造方法は、基板上に半導体層、透明導電膜及び集電極がこの順に形成されており、主に前記集電極側から光を入射する光起電力装置を製造する方法において、前記基板上の中央部分に前記半導体層を形成し、前記半導体層上に前記透明導電膜を形成すると共に、前記基板の前記半導体層よりも外側の部分上に形成された前記透明導電膜に選択的に高抵抗化処理を施すことを特徴とする。
【0007】
第1発明にあっては、基板上の中央部分に半導体層及び透明導電膜を形成した後、透明導電膜の中央の有効部分をマスキングして、基板の半導体層よりも外側の部分上に形成された透明導電膜を選択的に高抵抗化する。よって、半導体層の形成領域を越えて余分に透明導電膜が形成されても、その部分は高抵抗化されるため、基板とのリークは生じない。
【0008】
第2発明に係る光起電力装置の製造方法は、第1発明において、前記高抵抗化処理は、酸素プラズマ処理であることを特徴とする。
【0009】
第2発明にあっては、酸素プラズマ処理によって透明導電膜の端部のみを選択的に高抵抗化する。よって、容易に高抵抗化処理を行える。
【0010】
第3発明に係る光起電力装置の製造方法は、第1発明において、前記高抵抗化処理は、酸素雰囲気中でのエネルギービーム照射処理であることを特徴とする。
【0011】
第3発明にあっては、酸素雰囲気中でのエネルギービーム照射によって透明導電膜の端部のみを選択的に高抵抗化する。よって、容易に高抵抗化処理を行える。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
(第1実施の形態)
図1は、第1実施の形態による光起電力装置の製造方法の工程図である。まず、約1Ω・cm,厚さ300μmのn型(100)シリコンウエハを通常洗浄して、不純物を除去して基板1を準備する(図1(a))。
【0013】
次に、基板1上の一方の表面に、プラズマCVD方法にて、i型非晶質シリコン層2及びp型非晶質シリコン層3をこの順に形成する(図1(b))。具体的には、公知のRFプラズマCVD装置(13.56MHz)を用いて、基板温度:100〜250℃,反応圧力:0.2〜0.6Torr,RFパワー:10〜100W/cm2 の条件にて、i型非晶質シリコン層2及びp型非晶質シリコン層3の夫々の膜厚を50Å以下とした。
【0014】
次に、p型非晶質シリコン層3上に、スパッタ法にて、透明導電膜4を形成する(図1(c))。具体的には、公知のマグネトロンスパッタ装置を用いて、基板温度:250℃以下,ガス流量:Arが200sccm以下でO2 が50sccm以下,パワー:0.5〜3kWの条件にて、膜厚1000Å程度のITO膜を形成した。ここで、形成した透明導電膜4の端部では、下地層(p型非晶質シリコン層3/i型非晶質シリコン層2)よりも外側の部分に起因する微小リークが発生し、光電変換特性低下の原因となる。
【0015】
そこで、第1実施の形態では、酸素プラズマ処理により、透明導電膜4の端部(ハッチングを付した部分)のみに選択的に高抵抗化処理を施す(図1(d))。具体的には、上記のRFプラズマCVD装置(13.56MHz)を用いて、基板温度:200℃,O2 :200sccm,圧力:50Pa,パワー:300mW/cm2 の条件にて酸素プラズマを発生させ、中央の有効部分をSUS,Al等の金属製のマスク材7にてマスキングして、透明導電膜4の端部にのみ酸素を選択的に導入して高抵抗化した。
【0016】
図2は、ガラス基板上に形成したITO膜(膜厚:1000Å)に対して公知のRFプラズマCVD法による酸素プラズマ処理を行った場合のプラズマ処理時間とシート抵抗との関係を示すグラフである。図2のシート抵抗は、酸素プラズマ処理を行わなかった場合のシート抵抗に対する規格化値で表している。図2の結果から、プラズマ処理時間の増加に従ってシート抵抗が増加することを確認でき、この第1実施の形態における酸素プラズマ処理によって、透明導電膜4(ITO膜)の端部を十分に高抵抗化できることが分かる。
【0017】
最後に、透明導電膜4上に櫛形の集電極5及びバスバー電極をプラス側の電極として形成すると共に、基板1の裏面に裏面電極6をマイナス側の電極として形成して(図1(e))、光起電力装置を製造する。具体的には、エポキシ樹脂にAgの微粉末を練り込んだAgペーストをスクリーン印刷法にて厚さ約10〜30μm,幅100〜500μmにて透明導電膜4上に塗布した後、150〜250℃で焼成硬化させることにより、複数の互いに平行な枝部を有する櫛形の集電極5と集電極5に流れる電流を集合させるバスバー電極とを形成すると共に、基板1の裏面にAlを蒸着させて裏面電極6を形成した。
【0018】
第1実施の形態にあって、透明導電膜4を形成した後に下地の非晶質半導体層(p型非晶質シリコン層3/i型非晶質シリコン層2)の形成領域の周囲1mm内側にマスキングを行い、上記の条件(基板温度:200℃,O2 :200sccm,圧力:50Pa,パワー:300mW/cm2 )にて、プラズマ処理の時間を変化させた複数種の光起電力装置を製造した。製造したこれらの光起電力装置について開放電圧Vocと曲線因子FFとの積を測定した。図3は、酸素プラズマ処理時間とVoc×FFとの関係を示すグラフである。図3のVoc×FFの値は、酸素プラズマ処理を行わなかった場合のVoc×FFの値で規格化している。
【0019】
図3の結果から、酸素プラズマ処理時間の増加に伴ってVoc×FFの値が改善されていることが分かる。これは、ITO膜の端部が選択的に高抵抗化されたために、端部のリークに伴うVoc×FFが抑制されたことに起因する。上記プラズマ条件では、処理時間が120秒以上になった場合に、Voc×FFの値が変化しないことが分かるが、この特性(Voc×FF)はプラズマ処理の条件及びITOの膜質に大きく影響されることは勿論である。
【0020】
なお、プラズマ処理時にマスク材を用いなくてもよいように、端部領域に対応した開口型放電電極を用いて基板近傍のみにプラズマを生成させた場合でも、マスク材を使用した場合と同様の効果が得られることを確認した。
【0021】
(第2実施の形態)
図4は、第2実施の形態による光起電力装置の製造方法の工程図である。第1実施の形態と同様に、n型(100)シリコンウエハからなる基板1を準備し(図4(a))、基板1上の一方の表面に、i型非晶質シリコン層2及びp型非晶質シリコン層3をこの順に形成し(図4(b))、p型非晶質シリコン層3上に、透明導電膜4を形成する(図4(c))。
【0022】
次に、酸素雰囲気でのエネルギビーム照射により、透明導電膜4の端部(ハッチングを付した部分)のみに選択的に高抵抗化処理を施す(図4(d))。具体的には、中央の有効部分をSUS,Al等の金属製のマスク材7にてマスキングし、形成した透明導電膜4の端部の非晶質半導体層の形成領域の周囲1mmを含む外側部分にのみ酸素雰囲気中でエキシマレーザによってレーザビームを照射して、照射領域の高抵抗化を行った。
【0023】
図5は、ガラス基板上に形成したITO膜(膜厚:1000Å)に対して酸素雰囲気中でのエキシマレーザビームによりレーザ処理を行った場合のレーザパワーとシート抵抗との関係を示すグラフである。図5のシート抵抗は、レーザ処理を行わなかった場合のシート抵抗に対する規格化値で表している。図5の結果から、レーザパワーの増加に従ってシート抵抗が増加することを確認でき、この第2実施の形態におけるレーザビーム照射によって、透明導電膜4(ITO膜)の端部を十分に高抵抗化できることが分かる。
【0024】
最後に、第1実施の形態と同様に、櫛形の集電極5及びバスバー電極と裏面電極6とを形成して(図4(e))、光起電力装置を製造する。
【0025】
第2実施の形態にあって、透明導電膜4を形成した後に下地の非晶質半導体層(p型非晶質シリコン層3/i型非晶質シリコン層2)の形成領域の周囲1mm内側にマスキングを行い、酸素雰囲気中でエキシマレーザビームを照射してその照射部に選択的に酸素を導入し、そのレーザパワーを変化させた複数種の光起電力装置を製造した。製造したこれらの光起電力装置について開放電圧Vocと曲線因子FFとの積を測定した。図6は、レーザパワーとVoc×FFとの関係を示すグラフである。図6のVoc×FFの値は、レーザパワーを0.1J/cm2 とした場合のVoc×FFの値で規格化している。
【0026】
図6の結果から、レーザパワーが0.25J/cm2 である場合にVoc×FFの値が最も大きくなり、最適なレーザパワーが存在することが分かる。レーザパワーが強くなり過ぎると、下地の非晶質半導体層が微結晶化して新たなリーク成分となる。
【0027】
なお、エキシマレーザビームの代わりに、他のエネルギビームを照射しても、また、スポット状プラズマによる処理を施しても、同様の効果が得られることを確認した。
【0028】
(第3実施の形態)
夫々にi型非晶質シリコン層2/p型非晶質シリコン層3及び透明導電膜4を形成した複数の基板1を積み重ねて、その積重体の最表面及び最裏面をダミーウエハを用いて固定治具にて覆った状態で、第1実施の形態による酸素プラズマ処理または第2実施の形態によるエキシマレーザビームの照射処理を行うことにより、各ウエハでの透明導電膜4の端部を高抵抗化できる。この第3実施の形態では、一度に複数枚のウエハに対する処理を行えるので、生産性が極めて高い。
【0029】
なお、酸素プラズマ処理,エネルギビームの照射処理以外に、HCl溶液への浸漬、または、HClプラズマ処理によっても、透明導電膜4の端部の高抵抗化は可能である。また、半導体層として非晶質シリコンを用いる場合について説明したが、結晶系シリコンにて構成しても同様の効果を奏する。更に、透明導電膜4としてITO膜を用いることとしたが、ZnO膜でも良いことは勿論である。。また、基板の裏面にi型非晶質シリコン,n型非晶質シリコン,透明導電膜,集電極を形成した場合には、裏面側にも本発明を適用することができる。
【0030】
【発明の効果】
以上のように本発明では、基板上に半導体層及び透明導電膜を形成した後、透明導電膜の中央の有効部分をマスキングして、端部のみを選択的に高抵抗化するようにしたので、基板と余分な透明導電膜とのリークを防止でき、高い歩留りと高い光電変換特性とを実現することができる。
【0031】
また、酸素プラズマ処理または酸素雰囲気中でのエネルギービーム照射処理によって、透明導電膜の端部の高抵抗化を図るようにしたので、容易に高抵抗化処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施の形態による光起電力装置の製造方法の工程図である。
【図2】第1実施の形態における酸素プラズマ処理時間とシート抵抗との関係を示すグラフである。
【図3】第1実施の形態における酸素プラズマ処理時間とVoc×FFとの関係を示すグラフである。
【図4】第2実施の形態による光起電力装置の製造方法の工程図である。
【図5】第2実施の形態におけるレーザパワーとシート抵抗との関係を示すグラフである。
【図6】第2実施の形態におけるレーザパワーとVoc×FFとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 基板
2 i型a−Si層
3 p型a−Si層
4 透明導電膜
5 集電極
6 裏面電極
7 マスク材
Claims (3)
- 基板上に半導体層、透明導電膜及び集電極がこの順に形成されており、主に前記集電極側から光を入射する光起電力装置を製造する方法において、前記基板上の中央部分に前記半導体層を形成し、前記半導体層上に前記透明導電膜を形成すると共に、前記基板の前記半導体層よりも外側の部分上に形成された前記透明導電膜に選択的に高抵抗化処理を施すことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
- 前記高抵抗化処理は、酸素プラズマ処理である請求項1記載の光起電力装置の製造方法。
- 前記高抵抗化処理は、酸素雰囲気中でのエネルギービーム照射である請求項1記載の光起電力装置の製造方法。
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