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技術 光起電力素子およびその製造方法

出願人 日新電機株式会社
発明者 出口洋成緒方潔
出願日 2007年9月21日 (12年6ヶ月経過) 出願番号 2007-245288
公開日 2009年4月9日 (10年11ヶ月経過) 公開番号 2009-076743
状態 未査定
技術分野 光起電力装置 光起電力装置
主要キーワード テクスチャ化 アモルファスゲル 略円盤形状 高周波電場 内部電位 到達圧力 プラズマCVD pin構造
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年4月9日)のものです。
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図面 (13)

課題

p層および/またはn層におけるドーピング効率を向上可能な光起電力素子を提供する。

解決手段

光起電力素子10は、下地層3、p層4、i層5、n層6および電極7を基板1の透明導電膜2上に順次積層した構造からなる。下地層3は、p型poly−Siからなり、p層4は、p型a−Si:Hからなり、i層5は、i型a−Si:Hからなり、n層6は、n型a−Si:Hからなり、電極7は、Alからなる。下地層3およびp層4は、10nmの膜厚を有し、i層5は、300〜1000nmの膜厚を有し、n層6は、20nmの膜厚を有する。

概要

背景

従来、水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)からなる太陽電池が知られている(特許文献1)。この太陽電池は、基板上に形成されたpin構造からなる。そして、p層は、p型a−Si:Hからなり、i層は、i型a−Si:Hからなり、n層は、n型a−Si:Hかなる。
特開2004−087811号公報

概要

p層および/またはn層におけるドーピング効率を向上可能な光起電力素子を提供する。光起電力素子10は、下地層3、p層4、i層5、n層6および電極7を基板1の透明導電膜2上に順次積層した構造からなる。下地層3は、p型poly−Siからなり、p層4は、p型a−Si:Hからなり、i層5は、i型a−Si:Hからなり、n層6は、n型a−Si:Hからなり、電極7は、Alからなる。下地層3およびp層4は、10nmの膜厚を有し、i層5は、300〜1000nmの膜厚を有し、n層6は、20nmの膜厚を有する。

目的

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、p層および/またはn層におけるドーピング効率を向上可能な光起電力素子を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

第1の電極と、前記第1の電極上に形成され、第1の導電型を有する非晶質半導体からなる第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に形成され、光を電気に変換する非晶質半導体からなる第2の半導体層と、前記第2の半導体層上に形成され、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有する非晶質半導体からなる第3の半導体層と、前記第3の半導体層上に形成された第2の電極と、前記第1の電極と前記第1の半導体層との間および前記第3の半導体層と前記第2の電極との間の少なくとも一方に前記第1の半導体層または前記第3の半導体層に接して形成され、前記第1の導電型または前記第2の導電型を有する結晶半導体からなる第4の半導体層とを備える、光起電力素子

請求項2

前記第4の半導体層は、前記第1の導電型を有し、前記第1の電極と前記第1の半導体層との間に前記第1の半導体層に接して形成される、請求項1に記載の光起電力素子。

請求項3

前記第4の半導体層は、前記第2の導電型を有し、前記第3の半導体層と前記第2の電極との間に前記第3の半導体層に接して形成される、請求項1に記載の光起電力素子。

請求項4

前記第4の半導体層は、前記第1の導電型を有し、前記第1の電極と前記第1の半導体層との間に前記第1の半導体層に接して形成された第5の半導体層と、前記第2の導電型を有し、前記第3の半導体層と前記第2の電極との間に前記第3の半導体層に接して形成された第6の半導体層とを含む、請求項1に記載の光起電力素子。

請求項5

前記第1の電極は、透明導電膜であり、前記第1の導電型は、p型であり、前記第2の導電型は、n型であり、前記第2の電極は、金属電極である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光起電力素子。

請求項6

前記第1の電極は、金属基板であり、前記第1の導電型は、n型であり、前記第2の導電型は、p型であり、前記第2の電極は、透明導電膜である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光起電力素子。

請求項7

第1の導電型を有する非晶質半導体からなる第1の半導体層を第1の電極上に形成する第1のステップと、光を電気に変換する非晶質半導体からなる第2の半導体層を前記第1の半導体層上に形成する第2のステップと、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有する非晶質半導体からなる第3の半導体層を前記第2の半導体層上に形成する第3のステップと、第2の電極を前記第3の半導体層上に形成する第4のステップと、前記第1の電極と前記第1の半導体層との間および前記第3の半導体層と前記第2の電極との間の少なくとも一方に前記第1の導電型または前記第2の導電型を有する結晶半導体からなる第4の半導体層を前記第1の半導体層または前記第3の半導体層に接して形成する第5のステップとを備える光起電力素子の製造方法。

請求項8

前記第5のステップにおいて、前記第4の半導体層は、前記第1の電極と前記第1の半導体層との間に前記第1の半導体層に接して形成される、請求項7に記載の光起電力素子の製造方法。

請求項9

前記第1のステップにおいて、p型の導電型を有する前記第1の半導体層が透明導電膜からなる前記第1の電極上に形成され、前記第3のステップにおいて、n型の導電型を有する前記第3の半導体層が前記第2の半導体層上に形成され、前記第5のステップにおいて、前記p型の導電型を有する前記第4の半導体層が前記第1の電極と前記第1の半導体層との間に前記第1の半導体層に接して形成される、請求項8に記載の光起電力素子の製造方法。

請求項10

前記第5のステップにおいて、前記第4の半導体層は、前記第3の半導体層と前記第2の電極との間に前記第3の半導体層に接して形成される、請求項7に記載の光起電力素子の製造方法。

請求項11

前記第1のステップにおいて、n型の導電型を有する前記第1の半導体層が金属基板からなる前記第1の電極上に形成され、前記第3のステップにおいて、p型の導電型を有する前記第3の半導体層が前記第2の半導体層上に形成され、前記第5のステップにおいて、前記n型の導電型を有する前記第4の半導体層が前記第1の電極と前記第1の半導体層との間に前記第1の半導体層に接して形成される、請求項10に記載の光起電力素子の製造方法。

請求項12

前記第5のステップは、前記第1の導電型を有する結晶半導体からなる第5の半導体層を前記第1の電極と前記第1の半導体層との間に前記第1の半導体層に接して形成する第1のサブステップと、前記第2の導電型を有する結晶半導体からなる第6の半導体層を前記第3の半導体層と前記第2の電極との間に前記第3の半導体層に接して形成する第2のサブステップとを含む、請求項7に記載の光起電力素子の製造方法。

請求項13

前記第1のステップにおいて、p型の導電型を有する前記第1の半導体層が透明導電膜からなる前記第1の電極上に形成され、前記第3のステップにおいて、n型の導電型を有する前記第3の半導体層が前記第2の半導体層上に形成され、前記第1のサブステップにおいて、前記p型の導電型を有する前記第5の半導体層が前記第1の電極と前記第1の半導体層との間に前記第1の半導体層に接して形成され、前記第2のサブステップにおいて、前記n型の導電型を有する前記第6の半導体層が前記第3の半導体層と前記第2の電極との間に前記第3の半導体層に接して形成される、請求項12に記載の光起電力素子の製造方法。

請求項14

前記第1のステップにおいて、n型の導電型を有する前記第1の半導体層が金属基板からなる前記第1の電極上に形成され、前記第3のステップにおいて、p型の導電型を有する前記第3の半導体層が前記第2の半導体層上に形成され、前記第1のサブステップにおいて、前記n型の導電型を有する前記第5の半導体層が前記第1の電極と前記第1の半導体層との間に前記第1の半導体層に接して形成され、前記第2のサブステップにおいて、前記p型の導電型を有する前記第6の半導体層が前記第3の半導体層と前記第2の電極との間に前記第3の半導体層に接して形成される、請求項12に記載の光起電力素子の製造方法。

技術分野

0001

この発明は、光起電力素子およびその製造方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)からなる太陽電池が知られている(特許文献1)。この太陽電池は、基板上に形成されたpin構造からなる。そして、p層は、p型a−Si:Hからなり、i層は、i型a−Si:Hからなり、n層は、n型a−Si:Hかなる。
特開2004−087811号公報

発明が解決しようとする課題

0003

しかし、a−Si:Hからなる太陽電池においては、p層およびn層におけるドーパントドーピング効率が低いという問題がある。

0004

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、p層および/またはn層におけるドーピング効率を向上可能な光起電力素子を提供することである。

0005

また、この発明の別の目的は、p層および/またはn層におけるドーピング効率を向上可能な光起電力素子の製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

この発明によれば、光起電力素子は、第1の電極と、第1の半導体層と、第2の半導体層と、第3の半導体層と、第4の半導体層と、第2の電極とを備える。第1の半導体層は、第1の電極上に形成され、第1の導電型を有する非晶質半導体からなる。第2の半導体層は、第1の半導体層上に形成され、光を電気に変換する非晶質半導体からなる。第3の半導体層は、第2の半導体層上に形成され、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する非晶質半導体からなる。第2の電極は、第3の半導体層上に形成される。第4の半導体層は、第1の電極と第1の半導体層との間および第3の半導体層と第2の電極との間の少なくとも一方に第1の半導体層または第3の半導体層に接して形成され、第1の導電型または第2の導電型を有する結晶半導体からなる。

0007

好ましくは、第4の半導体層は、第1の導電型を有し、第1の電極と第1の半導体層との間に第1の半導体層に接して形成される。

0008

好ましくは、第4の半導体層は、第2の導電型を有し、第3の半導体層と第2の電極との間に第3の半導体層に接して形成される。

0009

好ましくは、第4の半導体層は、第5および第6の半導体層を含む。第5の半導体層は、第1の導電型を有し、第1の電極と第1の半導体層との間に第1の半導体層に接して形成される。第6の半導体層は、第2の導電型を有し、第3の半導体層と第2の電極との間に第3の半導体層に接して形成される。

0010

好ましくは、第1の電極は、透明導電膜であり、第1の導電型は、p型であり、第2の導電型は、n型であり、第2の電極は、金属電極である。

0011

好ましくは、第1の電極は、金属基板であり、第1の導電型は、n型であり、第2の導電型は、p型であり、第2の電極は、透明導電膜である。

0012

また、この発明によれば、光起電力素子の製造方法は、第1の導電型を有する非晶質半導体からなる第1の半導体層を第1の電極上に形成する第1のステップと、光を電気に変換する非晶質半導体からなる第2の半導体層を第1の半導体層上に形成する第2のステップと、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する非晶質半導体からなる第3の半導体層を第2の半導体層上に形成する第3のステップと、第2の電極を第3の半導体層上に形成する第4のステップと、第1の電極と第1の半導体層との間および第3の半導体層と第2の電極との間の少なくとも一方に第1の導電型または第2の導電型を有する結晶半導体からなる第4の半導体層を第1の半導体層または第3の半導体層に接して形成する第5のステップとを備える。

0013

好ましくは、第5のステップにおいて、第4の半導体層は、第1の電極と第1の半導体層との間に第1の半導体層に接して形成される。

0014

好ましくは、第1のステップにおいて、p型の導電型を有する第1の半導体層が透明導電膜からなる第1の電極上に形成される。また、第3のステップにおいて、n型の導電型を有する第3の半導体層が第2の半導体層上に形成される。さらに、第5のステップにおいて、p型の導電型を有する第4の半導体層が第1の電極と第1の半導体層との間に第1の半導体層に接して形成される。

0015

好ましくは、第5のステップにおいて、第4の半導体層は、第3の半導体層と第2の電極との間に第3の半導体層に接して形成される。

0016

好ましくは、第1のステップにおいて、n型の導電型を有する第1の半導体層が金属基板からなる第1の電極上に形成される。また、第3のステップにおいて、p型の導電型を有する第3の半導体層が第2の半導体層上に形成される。さらに、第5のステップにおいて、n型の導電型を有する第4の半導体層が第1の電極と第1の半導体層との間に第1の半導体層に接して形成される。

0017

好ましくは、第5のステップは、第1の導電型を有する結晶半導体からなる第5の半導体層を第1の電極と第1の半導体層との間に第1の半導体層に接して形成する第1のサブステップと、第2の導電型を有する結晶半導体からなる第6の半導体層を第3の半導体層と第2の電極との間に第3の半導体層に接して形成する第2のサブステップとを含む。

0018

好ましくは、第1のステップにおいて、p型の導電型を有する第1の半導体層が透明導電膜からなる第1の電極上に形成される。また、第3のステップにおいて、n型の導電型を有する第3の半導体層が第2の半導体層上に形成される。さらに、第1のサブステップにおいて、p型の導電型を有する第5の半導体層が第1の電極と第1の半導体層との間に第1の半導体層に接して形成される。さらに、第2のサブステップにおいて、n型の導電型を有する第6の半導体層が第3の半導体層と第2の電極との間に第3の半導体層に接して形成される。

0019

好ましくは、第1のステップにおいて、n型の導電型を有する第1の半導体層が金属基板からなる第1の電極上に形成される。また、第3のステップにおいて、p型の導電型を有する第3の半導体層が第2の半導体層上に形成される。さらに、第1のサブステップにおいて、n型の導電型を有する第5の半導体層が第1の電極と第1の半導体層との間に第1の半導体層に接して形成される。さらに、第2のサブステップにおいて、p型の導電型を有する第6の半導体層が第3の半導体層と第2の電極との間に第3の半導体層に接して形成される。

発明の効果

0020

この発明においては、第1の電極と第1の半導体層との間および第3の半導体層と第2の電極との間の少なくとも一方に第1の半導体層または第3の半導体層と同じ導電型を有する結晶半導体からなる第4の半導体層が第1の半導体層または第3の半導体層に接して形成される。つまり、第1の電極と一方のドーピング層との間、および第2の電極と他方のドーピング層との間の少なくとも一方に、一方のドーピング層または他方のドーピング層よりもドーピング効率が高い第4の半導体層が形成される。その結果、第4の半導体層は、一方のドーピング層および/または他方のドーピング層として機能し、光起電力素子の内部電位が大きくなる。

0021

したがって、この発明によれば、光起電力素子におけるドーピング効率を高くできる。

発明を実施するための最良の形態

0022

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

0023

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による光起電力素子の概略断面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態1による光起電力素子10は、基板1と、透明導電膜2と、下地層3と、p層4と、i層5と、n層6と、電極7とを備える。

0024

透明導電膜2は、基板1の一主面に形成される。下地層3は、透明導電膜2に接して形成される。p層4は、下地層3に接して形成される。i層5は、p層4に接して形成される。n層6は、i層5に接して形成される。電極7は、n層6に接して形成される。

0025

基板1は、ガラス等の入射光Lgtを透過する透明基板からなる。透明導電膜2は、たとえば、ITO(Indium Tin Oxide)からなり、500nm〜1000nmの範囲の膜厚を有する。下地層3は、たとえば、p型多結晶シリコン(p型poly−Si)からなり、10nmの膜厚を有する。p層4は、たとえば、p型a−Si:Hからなり、10nmの膜厚を有する。

0026

i層5は、i型a−Si:Hからなり、300nm〜1000nmの範囲の膜厚を有する。n層6は、n型a−Si:Hからなり、20nmの膜厚を有する。電極7は、たとえば、アルミニウム(Al)からなる。

0027

光起電力素子10は、p層4側から光Lgtを受け、その受けた光Lgtを電気に変換する。

0028

図2は、プラズマCVD(Chemical Vapour Deposition)装置の概略断面図である。図2を参照して、プラズマCVD装置100は、反応室110と、搬送室120と、アンテナ130,140と、ガス供給管150,160と、支持台170と、アーム180と、ヒーター190と、高周波電源200とを備える。

0029

反応室110は、中空円筒形状を有し、内直径が450mmφである。そして、反応室110は、側壁110Aに排気管111を有する。また、反応室110は、支持台170が通過可能な孔(図示せず)を底面110Bに有する。排気管111は、一方端が反応室110に接続され、他方端排気装置(図示せず)に接続されている。排気装置は、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプ等からなる。

0030

搬送室120は、中空の円筒形状を有し、反応室110の底面110Bに接して配置されている。そして、搬送室120は、開閉扉121を側壁120Aに有する。

0031

アンテナ130,140は、反応室110の上面110Cを貫通し、一方端が反応室110の上面110Cに接するように反応室110に固定されている。そして、反応室110内に配置されたアンテナ130,140の一部分は、略円弧状に湾曲されている。

0032

ガス供給管150,160は、直径が50mmφの配管からなり、一方端が反応室110の上面110Cに接続され、他方端がガスボンベ(図示せず)に接続されている。

0033

支持台170は、略円盤形状を有し、アーム180の一方端に固定されている。そして、支持台170の底面が反応室110の底面110Bに接している場合、反応室110の上面110Cと支持台170との間隔は、400mmである。

0034

アーム180は、搬送室120内に配置されている。ヒーター190は、支持台170の内部に配置されている。高周波電源200は、アンテナ130,140に接続されている。

0035

排気管111は、反応室110内のガス排気する。開閉扉121は、プラズマCVD装置100の操作者によって開閉される。

0036

ガス供給管150,160は、ガスボンベから原料ガスを反応室110内に供給する。より具体的には、ガス供給管150,160は、p層3が形成される場合、シラン(SiH4)ガス、水素(H2)ガスおよびH2ガスによって希釈された5%ジボラン(B2H6)ガスをガスボンベから反応室110内へ供給する。また、ガス供給管150,160は、i層4が形成される場合、SiH4ガスおよびH2ガスをガスボンベから反応室110内へ供給する。さらに、ガス供給管150,160は、n層5が形成される場合、SiH4ガス、H2ガスおよびH2ガスによって希釈された5%ホスフィン(PH3)ガスをガスボンベから反応室110内へ供給する。

0037

支持台170は、試料300を支持する。アーム180は、反応室110の底面110Bと搬送室120の底面120との間で支持台170を上下方向DR1に移動させる。ヒーター190は、試料300を加熱する。高周波電源200は、13.56MHzの高周波電力をアンテナ130,140に印加する。

0038

図3は、図2に示すA方向から見たプラズマCVD装置100の平面図である。図3を参照して、アンテナ130,140およびガス供給管150,160は、アンテナ130,140間を結ぶ線分がガス供給管150,160間を結ぶ線分と直交するように配置される。そして、アンテナ130,140およびガス供給管150,160は、反応室110の側壁110Aから距離L1の位置に配置される。この場合、距離L1は、100mmに設定される。

0039

また、アンテナ130,140とガス供給管150,160との間隔L2は、100mm以上に設定される。

0040

アンテナ130,140は、図3に示す平面図において、100mmの長さを有する。したがって、アンテナ130,140は、反応室110内においては、直径100mmの円に沿って湾曲されている。

0041

プラズマCVD装置100においては、高周波電源200が高周波電力をアンテナ130,140に印加することによって高周波電流がアンテナ130,140に流れ、その流れた高周波電流によってアンテナ130,140の軸の周囲に高周波磁場が発生し、さらに、その発生した高周波磁場によって高周波電場が発生する。そうすると、高周波磁場および高周波電場によってプラズマがアンテナ130,140の周囲で発生する。

0042

このように、プラズマCVD装置100においては、高周波電流が湾曲されたアンテナ130,140に流れることによって、高周波磁場および高周波電場が誘起され、その誘起された高周波磁場および高周波電場によってプラズマが発生するので、プラズマCVD装置100は、誘導結合型のプラズマ(ICP:Inductively Coupled Plasma)CVD装置である。

0043

プラズマCVD装置100を用いて薄膜を形成する動作について説明する。薄膜を形成する動作が開始されると、支持台170の底面が搬送室120の底面120Bに接するようにアーム180が下方向へ移動し、開閉扉121が開けられる。そして、試料300が開閉扉121を介して支持台170上に設置され、開閉扉121が閉じられる。

0044

その後、支持台170の底面が反応室110の底面110Bに接するようにアーム180が上方向へ移動する。そして、排気管111を介して反応室110内の真空引が行なわれる。また、ヒーター190は、試料300を所定の温度に加熱する。

0045

そうすると、ガス供給管150,160は、SiH4ガス等をガスボンベから反応室110内に供給する。これによって、反応室110内の圧力は、所定の圧力に設定される。そして、高周波電源200は、所定の高周波電力をアンテナ130,140に印加する。これによって、プラズマがアンテナ130,140の周囲で発生し、薄膜が試料300上に堆積される。

0046

図4および図5は、それぞれ、図1に示す光起電力素子10の製造工程を示す第1および第2の工程図である。光起電力素子10の製造が開始されると、透明導電膜2が形成された基板1は、洗浄され、プラズマCVD装置100の支持台170上に設置される(図4の(a)参照)。

0047

そして、反応室110の真空引が行なわれ、反応室110内の圧力が所定の到達圧力に達すると、表1に示す形成条件を用いて下地層3、p層4、i層5およびn層6が透明導電膜2上に順次形成される。

0048

0049

以下、下地層3、p層4、i層5およびn層6の形成を具体的に説明する。

0050

下地層3が形成される場合、ガス供給管150,160は、3.6sccmのSiH4ガス、27sccmのH2ガスおよび0.5sccmの5%B2H6ガスをガスボンベから反応室110内に供給する。

0051

その後、ヒーター190は、基板1の温度を200℃に加熱し、高周波電源200は、3.0kWの高周波電力をアンテナ130,140に印加する。そして、高周波電源200は、高周波電力をアンテナ130,140に印加し始めてから10分が経過すると、高周波電力のアンテナ130,140への印加を停止する。これによって、下地層3が透明導電膜2上に形成される(図4の(b)参照)。

0052

引き続いて、p層3が形成される場合、ガス供給管150,160は、5〜10sccmのSiH4ガス、27sccmのH2ガスおよび0.5sccmの5%B2H6ガスをガスボンベから反応室110内に供給する。

0053

その後、高周波電源200は、0.5〜1.0kWの高周波電力をアンテナ130,140に印加する。そして、高周波電源200は、高周波電力をアンテナ130,140に印加し始めてから1分が経過すると、高周波電力のアンテナ130,140への印加を停止する。これによって、p層4が下地層3上に形成される(図4の(c)参照)。

0054

p層4が形成された後、ガス供給管150,160は、5%B2H6ガスの供給を停止し、5〜10sccmのSiH4ガスおよび27sccmのH2ガスを反応室110内に供給する。そして、高周波電源200は、0.5〜1.0kWの高周波電力を、30〜100分間、アンテナ130,140に印加する。これによって、i層5がp層4上に形成される(図4の(d)参照)。

0055

i層5の形成が終了すると、ガス供給管150,160は、5〜10sccmのSiH4ガス、27sccmのH2ガスおよび1sccmの5%PH3ガスを反応室110内に供給し、高周波電源200は、0.5〜1.0kWの高周波電力を、1分間、アンテナ130,140に印加する。これによって、n層6がi層5上に形成される(図5の(e)参照)。

0056

その後、試料は、プラズマCVD装置100から取り出され、蒸着装置を用いてAlがn層6上に形成される。これによって、光起電力素子10が完成する(図5の(f)参照)。

0057

光起電力素子10は、透明導電膜2とp層4との間にp型poly−Siからなる下地層3を備えるので、下地層3もp層として機能し、p層におけるドーピング効率を高くできる。その結果、pin構造における内部電位(built−in potential)が高くなり、光起電力素子の開放電圧が高くなり、変換効率を向上できる。

0058

図6は、実施の形態1による他の光起電力素子の概略断面図である。実施の形態1による光起電力素子は、図6に示す光起電力素子10Aであってもよい。図6を参照して、光起電力素子10Aは、図1に示す光起電力素子10の下地層3を界面層8に代えたものであり、その他は、光起電力素子10と同じである。

0059

界面層8は、n層6と電極7との間に配置される。そして、界面層8は、n型poly−Siからなり、10nmの膜厚を有する。

0060

光起電力素子10Aは、表2に示す形成条件に従って作製される。

0061

0062

この場合、図4に示す工程(b)は、削除され、図4に示す工程(c),(d)および図5に示す(e)に従ってp層4、i層5およびn層6が透明導電膜2上に順次積層される。その後、プラズマCVD装置100のガス供給管150,160は、3.6sccmのSiH4ガス、27sccmのH2ガスおよび1sccmの5%PH3ガスを反応室110へ供給し、高周波電源200は、3.0kWの高周波電力をアンテナ130,140に印加して界面層8がn層6上に形成される(表2に示す界面層の形成条件参照)。そして、図5に示す工程(f)が実行され、光起電力素子10Aが完成する。

0063

光起電力素子10Aは、n層6と電極7との間にn型poly−Siからなる界面層8を備えるので、界面層8もn層6として機能し、n層におけるドーピング効率を高くできる。その結果、pin構造における内部電位(built−in potential)が高くなり、光起電力素子の開放電圧が高くなり、変換効率を向上できる。

0064

図7は、実施の形態1によるさらに他の光起電力素子の概略断面図である。実施の形態1による光起電力素子は、図7に示す光起電力素子10Bであってもよい。図7を参照して、光起電力素子10Bは、図1に示す光起電力素子10に界面層8を追加したものであり、その他は、光起電力素子10と同じである。

0065

界面層8については、図6において説明したとおりである。光起電力素子10Bは、表3に示す形成条件に従って作製される。

0066

0067

この場合、図4および図5に示す工程(a)〜(e)に従って下地層3、p層4、i層5およびn層6が基板1の透明導電膜2上に順次形成された後、プラズマCVD装置100のガス供給管150,160は、3.6sccmのSiH4ガス、27sccmのH2ガスおよび1sccmの5%PH3ガスを反応室110へ供給し、高周波電源200は、3.0kWの高周波電力をアンテナ130,140に印加して界面層8がn層6上に形成され、その後、図5に示す工程(f)が実行されて光起電力素子10Bが作製される。すなわち、光起電力素子10Bは、図4および図5に示す工程(a)〜(f)の工程(e)と工程(f)との間に界面層8を形成する工程を挿入した工程に従って作製される。

0068

光起電力素子10Bは、透明導電膜2とp層4との間にp型poly−Siからなる下地層3を備え、n層6と電極7との間にn型poly−Siからなる界面層8を備えるので、下地層3がp層として機能し、界面層8がn層6として機能し、p層およびn層におけるドーピング効率を高くできる。その結果、pin構造における内部電位(built−in potential)が高くなり、光起電力素子の開放電圧が高くなり、変換効率を向上できる。

0069

なお、実施の形態1においては、透明導電膜2は、「第1の電極」を構成し、電極7は、「第2の電極」を構成する。

0070

また、p層4は、「第1の半導体層」を構成し、i層5は、「第2の半導体層」を構成し、n層6は、「第3の半導体層」を構成し、下地層3および/または界面層8は、「第4の半導体層」を構成する。

0071

さらに、下地層3は、「第5の半導体層」を構成し、界面層8は、「第6の半導体層」を構成する。

0072

[実施の形態2]
図8は、実施の形態2による光起電力素子の概略断面図である。図8を参照して、実施の形態2による光起電力素子10Cは、図1に示す光起電力素子10の基板1を基板11に代え、下地層3を下地層12に代え、透明導電膜2を透明導電膜13に代えたものであり、その他は、光起電力素子10と同じである。

0073

基板11は、金属基板からなる。下地層12は、基板11とn層6との間に基板11およびn層6に接して形成される。そして、下地層12は、n型poly−Siからなり、10nmの膜厚を有する。

0074

透明導電膜13は、ITOからなり、p層4上に形成される。そして、透明導電膜13は、500〜1000nmの膜厚を有する。

0075

図9および図10は、それぞれ、図8に示す光起電力素子10Cの製造工程を示す第1および第2の工程図である。光起電力素子10Cの製造が開始されると、基板11は、洗浄され、プラズマCVD装置100の支持台170上に設置される(図9の(a1)参照)。

0076

そして、反応室110の真空引が行なわれ、反応室110内の圧力が所定の到達圧力に達すると、表4に示す形成条件を用いて下地層12、n層6、i層5およびp層4が基板11上に順次形成される。

0077

0078

以下、下地層12、n層6、i層5およびp層4の形成を具体的に説明する。

0079

下地層12が形成される場合、ガス供給管150,160は、3.6sccmのSiH4ガス、27sccmのH2ガスおよび1sccmの5%PH3ガスをガスボンベから反応室110内に供給する。

0080

その後、ヒーター190は、基板11の温度を200℃に加熱し、高周波電源200は、3.0kWの高周波電力をアンテナ130,140に印加する。そして、高周波電源200は、高周波電力をアンテナ130,140に印加し始めてから10分が経過すると、高周波電力のアンテナ130,140への以下を停止する。これによって、下地層12が基板11上に形成される(図9の(b1)参照)。

0081

引き続いて、n層6が形成される場合、ガス供給管150,160は、5〜10sccmのSiH4ガス、27sccmのH2ガスおよび1sccmの5%PH3ガスをガスボンベから反応室110内に供給する。

0082

その後、高周波電源200は、0.5〜1.0kWの高周波電力をアンテナ130,140に印加する。そして、高周波電源200は、高周波電力をアンテナ130,140に印加し始めてから1分が経過すると、高周波電力のアンテナ130,140への印加を停止する。これによって、n層6が下地層12上に形成される(図9の(c1)参照)。

0083

n層6が形成された後、ガス供給管150,160は、5%PH3ガスの供給を停止し、5〜10sccmのSiH4ガスおよび27sccmのH2ガスを反応室110内に供給する。そして、高周波電源200は、0.5〜1.0kWの高周波電力を、30〜100分間、アンテナ130,140に印加する。これによって、i層5がn層6上に形成される(図9の(d1)参照)。

0084

i層5の形成が終了すると、ガス供給管150,160は、5〜10sccmのSiH4ガス、27sccmのH2ガスおよび0.5sccmの5%B2H6ガスを反応室110内に供給し、高周波電源200は、0.5〜1.0kWの高周波電力を、1分間、アンテナ130,140に印加する。これによって、p層4がi層5上に形成される(図10の(e1)参照)。

0085

その後、試料は、プラズマCVD装置100から取り出され、スパッタ装置を用いてITOからなる透明導電膜13がp層4上に形成される。これによって、光起電力素子10Bが完成する(図10の(f1)参照)。

0086

光起電力素子10Cは、基板11とn層6との間にn型poly−Siからなる下地層12を備えるので、下地層12もn層として機能し、n層におけるドーピング効率を高くできる。その結果、pin構造における内部電位(built−in potential)が高くなり、光起電力素子の開放電圧が高くなり、変換効率を向上できる。

0087

図11は、実施の形態2による他の光起電力素子の概略断面図である。実施の形態2による光起電力素子は、図11に示す光起電力素子10Dであってもよい。図11を参照して、光起電力素子10Dは、図8に示す光起電力素子10Cの下地層12を界面層14に代えたものであり、その他は、光起電力素子10Cと同じである。

0088

界面層14は、p層4と透明導電膜13との間に配置される。そして、界面層14は、p型poly−Siからなり、10nmの膜厚を有する。なお、光起電力素子10Dにおいては、n層6は、基板11上に直接形成される。

0089

光起電力素子10Dは、表5に示す形成条件に従って作製される。

0090

0091

この場合、図9に示す工程(b1)は、削除され、図9に示す工程(c1),(d1)および図10に示す(e1)に従ってn層6、i層5およびp層4が基板11上に順次積層される。その後、プラズマCVD装置100のガス供給管150,160は、3.6sccmのSiH4ガス、27sccmのH2ガスおよび0.5sccmの5%B2H6ガスを反応室110へ供給し、高周波電源200は、3.0kWの高周波電力をアンテナ130,140に印加して界面層14がp層4上に形成される(表5に示す界面層の形成条件参照)。そして、図10に示す工程(f1)が実行され、光起電力素子10Dが完成する。

0092

光起電力素子10Dは、p層4と透明導電膜13との間にp型poly−Siからなる界面層14を備えるので、界面層14がp層として機能し、p層におけるドーピング効率を高くできる。その結果、pin構造における内部電位(built−in potential)が高くなり、光起電力素子の開放電圧が高くなり、変換効率を向上できる。

0093

図12は、実施の形態2によるさらに他の光起電力素子の概略断面図である。実施の形態2による光起電力素子は、図12に示す光起電力素子10Eであってもよい。図12を参照して、光起電力素子10Eは、図8に示す光起電力素子10Cに界面層14を追加したものであり、その他は、光起電力素子10Cと同じである。

0094

界面層14については、図11において説明したとおりである。光起電力素子10Eは、表6に示す形成条件に従って作製される。

0095

0096

この場合、図9および図10に示す工程(a1)〜(e1)に従って下地層12、n層6、i層5およびp層4が基板11上に順次形成された後、プラズマCVD装置100のガス供給管150,160は、3.6sccmのSiH4ガス、27sccmのH2ガスおよび0.5sccmの5%B2H6ガスを反応室110へ供給し、高周波電源200は、3.0kWの高周波電力をアンテナ130,140に印加して界面層14がp層4上に形成され、その後、図10に示す工程(f1)が実行されて光起電力素子10Eが作製される。すなわち、光起電力素子10Eは、図9および図10に示す工程(a1)〜(f1)の工程(e1)と工程(f1)との間に界面層14を形成する工程を挿入した工程に従って作製される。

0097

光起電力素子10Eは、基板11とn層6との間にn型poly−Siからなる下地層12を備え、p層4と透明導電膜13との間にp型poly−Siからなる界面層14を備えるので、下地層12がn層として機能し、界面層14がp層として機能し、p層およびn層におけるドーピング効率を高くできる。その結果、pin構造における内部電位(built−in potential)が高くなり、光起電力素子の開放電圧が高くなり、変換効率を向上できる。

0098

なお、実施の形態2においては、基板11は、「第1の電極」を構成し、透明導電膜13は、「第2の電極」を構成する。

0099

また、p層4は、「第1の半導体層」を構成し、i層5は、「第2の半導体層」を構成し、n層6は、「第3の半導体層」を構成し、下地層12および/または界面層14は、「第4の半導体層」を構成する。

0100

さらに、下地層12は、「第5の半導体層」を構成し、界面層14は、「第6の半導体層」を構成する。

0101

その他は、実施の形態1と同じである。

0102

上述したように、実施の形態1においては、透明導電膜2とp層4との間およびn層6と電極7との間の少なくとも一方にpoly−Siからなる層(下地層3または界面層8)を設けた光起電力素子10,10A,10Bについて説明した。

0103

また、実施の形態2においては、基板11とn層6との間およびp層4と透明導電膜13との間の少なくとも一方にpoly−Siからなる層(下地層12または界面層14)を設けた光起電力素子10C,10D,10Eについて説明した。

0104

したがって、この発明による光起電力素子は、p層と透明導電膜との間およびn層と電極(または基板)との間の少なくとも一方にa−Si:Hよりもドーピング効率が高い半導体層を設けたものであればよい。

0105

p層と透明導電膜との間およびn層と電極(または基板)との間の少なくとも一方にa−Si:Hよりもドーピング効率が高い半導体層を備えていれば、pin構造における内部電位(built−in potential)が高くなり、光起電力素子の開放電圧が高くなり、変換効率を向上できるからである。

0106

また、上記においては、p層4、i層5およびn層6は、a−Si:Hからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、p層4、i層5およびn層6は、水素化アモルファスゲルマニウム(a−Ge:H)、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム(a−SiGe:H)、水素化アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC:H)および水素化アモルファスシリコンナイトライド(a−SiN:H)のいずれかからなっていてもよい。

0107

さらに、上記においては、透明導電膜2,13は、ITOからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、透明導電膜2,13は、ZnO(Zinc Oxide)およびSnO2(Tin Oxide)のいずれかからなっていてもよい。

0108

さらに、透明導電膜2,13および基板11は、テクスチャ化されていてもよい。

0109

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

0110

この発明は、p層および/またはn層におけるドーピング効率を向上可能な光起電力素子に適用される。また、この発明は、p層および/またはn層におけるドーピング効率を向上可能な光起電力素子の製造方法に適用される。

図面の簡単な説明

0111

この発明の実施の形態1による光起電力素子の概略断面図である。
プラズマCVD(Chemical Vapour Deposition)装置の概略断面図である。
図2に示すA方向から見たプラズマCVD装置の平面図である。
図1に示す光起電力素子の製造工程を示す第1の工程図である。
図1に示す光起電力素子の製造工程を示す第2の工程図である。
実施の形態1による他の光起電力素子の概略断面図である。
実施の形態1によるさらに他の光起電力素子の概略断面図である。
実施の形態2による光起電力素子の概略断面図である。
図8に示す光起電力素子の製造工程を示す第1の工程図である。
図8に示す光起電力素子の製造工程を示す第2の工程図である。
実施の形態2による他の光起電力素子の概略断面図である。
実施の形態2によるさらに他の光起電力素子の概略断面図である。

符号の説明

0112

1基板、2,13 透明導電膜、3下地層、4 p層、5i層、6n層、7電極、8,14界面層、10,10A,10B,10C,10D,10E光起電力素子、100プラズマCVD装置、110反応室、110A,120A側壁、110B,120B 底面、110C 上面、111排気管、120搬送室、121開閉扉、130,140アンテナ、150,160ガス供給管、170支持台、180アーム、190ヒーター、200高周波電源、300試料。

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