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JPH06204521A - Photovoltaic element and generation system - Google Patents

Photovoltaic element and generation system

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Publication number
JPH06204521A
JPH06204521A JP43A JP34958892A JPH06204521A JP H06204521 A JPH06204521 A JP H06204521A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 34958892 A JP34958892 A JP 34958892A JP H06204521 A JPH06204521 A JP H06204521A
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JP
Japan
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layer
type layer
photovoltaic element
content
gas
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Toshimitsu Kariya
俊光 狩谷
Keishi Saito
恵志 斉藤
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Canon Inc
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Abstract

PURPOSE:To improve a photoelectric conversion efficiency by forming a doping layer and an i-type layer of a pin type photovoltaic element formed of nonsingle crystal silicon semiconductor material by a microwave plasma CVD method. CONSTITUTION:A photovoltaic element comprises a substrate 101, a microwave (MW) n-type layer 102 having an n-type conductivity, an i-type layer 104 containing alkaline earth metal element and a MW p-type layer 106 to be formed by an MW PCVD method, a PF n-type layer 103 having an n-type conductivity, a PF p-type layer 105 having a p-type conductivity to be formed by a PFPCVD method, a transparent electrode 107 and a condensing electrode 108. Since the MWPCVD method is used when the MW doping layer and the i-type layer are formed, its depositing speed is fast to improve its throughput, and the element having excellent characteristics can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は非単結晶シリコン系半導
体材料からなるpin型の光起電力素子に関するもので
ある。特にドーピング層及びi型層がマイクロ波プラズ
マCVD法(MWPCVD法)で形成された光起電力素
子に関するものである。また非単結晶シリコン系半導体
材料からなる半導体層(単に半導体層と略記する)にア
ルカリ土類金属を含有する光起電力素子に関するもので
ある。また半導体層にフッ素を含有する光起電力素子に
関するものである。加えて該光起電力素子を利用した発
電システムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pin type photovoltaic element made of a non-single crystal silicon semiconductor material. In particular, the present invention relates to a photovoltaic element in which a doping layer and an i-type layer are formed by a microwave plasma CVD method (MWPCVD method). Further, the present invention relates to a photovoltaic element in which a semiconductor layer made of a non-single-crystal silicon-based semiconductor material (simply referred to as a semiconductor layer) contains an alkaline earth metal. It also relates to a photovoltaic element having a semiconductor layer containing fluorine. In addition, it relates to a power generation system using the photovoltaic element.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年より堆積速度が速く、且つ原料ガス
利用効率が優れているMWPCVD法を用いて光起電力
素子の検討が精力的に行われている。例えば、i型層を
MWPCVD法で形成した例としては、 ◆ "マイクロ波プラズマCVD法によるa−Si太陽電
池",東 和文、渡辺猛志、嶋田寿一、第50回応用物
理学会学術講演会予稿集 pp. 566. 等が挙げられる。この光起電力素子ではi型層をMWP
CVD法で形成することによって良質、且つ堆積速度の
速い、i型層を得ている。
2. Description of the Related Art In recent years, photovoltaic devices have been vigorously studied by using the MWPCVD method, which has a higher deposition rate and is excellent in raw material gas utilization efficiency. For example, as an example of forming the i-type layer by the MWPCVD method, ◆ "a-Si solar cell by microwave plasma CVD method", Kazufumi Azuma, Takeshi Watanabe, Juichi Shimada, Proceedings of the 50th Annual Meeting of the Applied Physics Society of Japan. pp. 566. Etc. In this photovoltaic element, the i-type layer is MWP
By forming it by the CVD method, an i-type layer having a high quality and a high deposition rate is obtained.

【0003】またドーピング層をMWPCVD法で形成
した例としては、例えば ◆ "High Efficiency Amorphous Solar Cell Employing
ECR-CVD Produced p-Type Microcrystalline SiC Fil
m", Y.Hattori,D.Kruangam,T.Toyama,H.Okamotoand Y.H
amakawa, Proceedings of the International PVSEC-3
Tokyo Japan 1987 pp.171. ◆ "HIGH-CONDUCTIVE WIDE BAND GAP P-TYPE a-SiC:H P
REPARED BY ECR CVD ANDITS APPLICATION TO HIGH EFFI
CIENCY a-Si BASIS SOLAR CELL" , Y.Hattori,D.Kruang
am,K.Katou,Y.Nitta,H.Okamoto and Y.Hamakawa, Proce
edings of 19thIEEE Photovoltaic Specialists Confer
ence 1987 pp.689. 等が挙げられる。これらの光起電力素子ではp型層にM
WPCVD法を用いることによって良質なp型層を得て
いる。
An example of forming the doping layer by the MWPCVD method is, for example, "High Efficiency Amorphous Solar Cell Employing".
ECR-CVD Produced p-Type Microcrystalline SiC Fil
m ", Y.Hattori, D.Kruangam, T.Toyama, H.Okamotoand YH
amakawa, Proceedings of the International PVSEC-3
Tokyo Japan 1987 pp.171. ◆ "HIGH-CONDUCTIVE WIDE BAND GAP P-TYPE a-SiC: HP
REPARED BY ECR CVD ANDITS APPLICATION TO HIGH EFFI
CIENCY a-Si BASIS SOLAR CELL ", Y.Hattori, D.Kruang
am, K.Katou, Y.Nitta, H.Okamoto and Y.Hamakawa, Proce
edings of 19th IEEE Photovoltaic Specialists Confer
ence 1987 pp.689. and the like. In these photovoltaic devices, M is used in the p-type layer.
A good quality p-type layer is obtained by using the WPCVD method.

【0004】しかしこれらの例では、i型層、およびp
型層の形成の両方にMWPCVD法は利用されてはいな
い。現状ではMWPCVD法で形成したi型層とMWP
CVD法で形成したドーピング層を積層すると、界面に
欠陥準位が多く発生し、それゆえ良好な特性を有する光
起電力素子が得られないものと考えられる。またアルカ
リ土類金属を含有する非単結晶シリコン系半導体層やこ
れを用いた光起電力素子の検討については、以下のもの
が知られているにすぎない。 ◆ "a−Si:H薄膜のイオン添加による特性安定化効
果"、原田友七、田上尚男、中沢滋二、中村國臣、電子
情報通信学会春期全国大会 予稿集 1991. ここではカルシウムを添加することによって光劣化が抑
制されることが述べられている。この例においては、カ
ルシウムをイオン注入法でアモルファスシリコン中に含
有させているが、含有量が0.1%程度と非常に多いた
め、活性化エネルギーが0.36eVとかなり小さく、
光起電力素子に適用できるものではない。また光劣化の
程度も光起電力素子に適するものではない。
However, in these examples, the i-type layer and p
No MWPCVD method has been used to form both mold layers. Currently, i-type layer formed by MWPCVD method and MWP
It is considered that when a doping layer formed by the CVD method is laminated, many defect levels occur at the interface, and therefore a photovoltaic device having good characteristics cannot be obtained. Regarding the study of a non-single crystal silicon semiconductor layer containing an alkaline earth metal and a photovoltaic element using the same, only the following are known. ◆ "Characteristic stabilization effect of a-Si: H thin film by ion addition", Yuchi Harada, Nao Tagami, Jiji Nakazawa, Kuniomi Nakamura, Proceedings of Spring Conference of IEICE 1991. Here, it is stated that addition of calcium suppresses photodegradation. In this example, calcium is contained in the amorphous silicon by the ion implantation method, but since the content is very large at about 0.1%, the activation energy is considerably small at 0.36 eV,
It is not applicable to photovoltaic devices. Moreover, the degree of photodegradation is not suitable for a photovoltaic element.

【0005】またフッ素を含有する非単結晶シリコン系
半導体層やこれを用いた光起電力素子の検討も進められ
ている。例えば、 ◆ "The chemical and configurational basis of high
efficiency amorphousphotovoltaic cells", Ovshinsk
y.S.R, Proceedings of 17th IEEE Photovoltaic Speci
alists Conference 1985 pp.1365. ◆ "Preraration and properties of sputtered a-Si:
H:F films", Beyer.W, Chevallier.J, Reichelt.K, Sol
ar Energy Material, vol.9 , No2 , pp.229-2451983. ◆ "Development of the scientific and technical ba
sis for integrated amorphous silicon modules. Res
erch on a-Si:F:H(B) alloys and moduletesting at IE
T-CIEMAT.", Gutierrez M T,P Delgado L, Photovalt.
Power Gener., pp.70-75 1988. ◆ "The effect of fluorine on the photovaltaic pro
perties of amorphous silicon", Konagai.M, Nishigat
a.K, Takahashi.K, Komoro.K, Proceedings of 15th IE
EE Photovaltaic Specialists Conference 1981 pp.90
6. 等が挙げられる。これらの例においても光劣化現象、熱
的安定性については言及されているが、フッ素の層厚方
向変化と光電変換効率の関係、あるいは水素の層厚方向
変化との関係、あるいは振動劣化との関係については述
べられていない。また、これらの例では良質なドーピン
グ層が得られているが、高い光電変換効率を有する光起
電力素子を得るには至っていない。
Further, studies are underway on a non-single crystal silicon semiconductor layer containing fluorine and a photovoltaic element using the same. For example, ◆ "The chemical and configurational basis of high
efficiency amorphousphotovoltaic cells ", Ovshinsk
ySR, Proceedings of 17th IEEE Photovoltaic Speci
alists Conference 1985 pp.1365. ◆ "Preraration and properties of sputtered a-Si:
H: F films ", Beyer.W, Chevallier.J, Reichelt.K, Sol
ar Energy Material, vol.9, No2, pp.229-2451983. ◆ "Development of the scientific and technical ba
sis for integrated amorphous silicon modules.Res
erch on a-Si: F: H (B) alloys and module testing at IE
T-CIEMAT. ", Gutierrez MT, P Delgado L, Photovalt.
Power Gener., Pp.70-75 1988. ◆ "The effect of fluorine on the photovaltaic pro
perties of amorphous silicon ", Konagai.M, Nishigat
aK, Takahashi.K, Komoro.K, Proceedings of 15th IE
EE Photovaltaic Specialists Conference 1981 pp.90
6. etc. In these examples, the photodegradation phenomenon and thermal stability are also referred to. No relationship is mentioned. Further, in these examples, a good-quality doping layer was obtained, but a photovoltaic element having high photoelectric conversion efficiency has not yet been obtained.

【0006】上記の従来の光起電力素子では、i型層の
形成およびドーピング層の形成の両方にMWPCVD法
が使用する場合、p/i界面、n/i界面近傍での光励
起キャリアーの再結合、開放電圧、及び正孔のキャリア
ーレンジの向上が望まれている。またドーピング層及び
i型層をMWPCVD法で形成した光起電力素子は、光
起電力素子に光を照射した場合に光電変換効率が低下
(光劣化)するという問題点があった。
In the above conventional photovoltaic device, when the MWPCVD method is used for both formation of the i-type layer and formation of the doping layer, recombination of photoexcited carriers near the p / i interface and the n / i interface. It is desired to improve the open circuit voltage and the carrier range of holes. Further, the photovoltaic element in which the doping layer and the i-type layer are formed by the MWPCVD method has a problem that the photoelectric conversion efficiency is lowered (photo-deteriorated) when the photovoltaic element is irradiated with light.

【0007】さらにドーピング層及びi型層をMWPC
VD法で形成した光起電力素子はドーピング層とi型層
の界面近傍に歪があり長期間、振動がある環境に置くと
光電変換効率が低下(振動劣化)するという問題点があ
った。さらに上記の光起電力素子では長期間、高湿度環
境に置いた場合の光劣化、振動劣化が顕著であった。
Furthermore, a doping layer and an i-type layer are formed on the MWPC.
The photovoltaic element formed by the VD method has a problem that there is strain near the interface between the doping layer and the i-type layer and the photoelectric conversion efficiency is lowered (vibration deterioration) when placed in an environment where there is vibration for a long period of time. Furthermore, in the above photovoltaic element, the photodegradation and the vibration degradation were remarkable when placed in a high humidity environment for a long period of time.

【0008】またさらに上記の光起電力素子では長期
間、高湿度環境に置いた場合の光劣化、振動劣化が顕著
であった。またさらに上記の光起電力素子では順バイア
スを印加した場合の光劣化、振動劣化が顕著であった。
またアルカリ土類金属を多量に含有する光起電力素子
は、光電変換効率が極めて低いという問題点があった。
Furthermore, in the above-mentioned photovoltaic element, photodegradation and vibration degradation were remarkable when it was placed in a high humidity environment for a long period of time. Further, in the above photovoltaic element, the light deterioration and the vibration deterioration when a forward bias was applied were remarkable.
Further, the photovoltaic element containing a large amount of alkaline earth metal has a problem that the photoelectric conversion efficiency is extremely low.

【0009】またフッ素を含有する非単結晶シリコン系
半導体層は、フッ素を含まないものに比べて層剥離しや
すいという問題点があった。
Further, the non-single-crystal silicon semiconductor layer containing fluorine has a problem that the layer is easily peeled off as compared with a layer containing no fluorine.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の技術
的課題は、上記欠点に鑑み、堆積速度を向上させた従来
の光起電力素子において、光電変換効率を向上させた光
起電力素子を提供することである。また、本発明は、光
劣化、振動劣化を抑制した光起電力素子を提供すること
を目的としている。
In view of the above-mentioned drawbacks, the technical problem of the present invention is to provide a conventional photovoltaic device having an improved deposition rate, which is a photovoltaic device having an improved photoelectric conversion efficiency. Is to provide. Another object of the present invention is to provide a photovoltaic element that suppresses optical deterioration and vibration deterioration.

【0011】さらに本発明は、光起電力素子を高温度環
境に置いた場合、光起電力素子の光劣化、振動劣化を抑
制することを目的としている。さらに本発明は、光起電
力素子を高湿度環境に置いた場合、光起電力素子の光劣
化、振動劣化を抑制することを目的としている。さらに
本発明は、光起電力素子に順バイアスを印加した場合、
光劣化、振動劣化を抑制することを目的としている。
A further object of the present invention is to suppress optical deterioration and vibration deterioration of the photovoltaic element when the photovoltaic element is placed in a high temperature environment. A further object of the present invention is to suppress light deterioration and vibration deterioration of the photovoltaic element when the photovoltaic element is placed in a high humidity environment. Furthermore, the present invention provides the following when a forward bias is applied to a photovoltaic element:
The purpose is to suppress light deterioration and vibration deterioration.

【0012】さらに本発明は、光起電力素子を上記のよ
うな環境に置いた場合でも半導体層が剥離しない光起電
力素子を提供することを目的としている。またさらに、
本発明は上記目的を達成した光起電力素子を利用した発
電システムを提供することを目的としている。またさら
に、本発明は優れた生産性を有する光起電力素子を提供
することを目的としている。
A further object of the present invention is to provide a photovoltaic element in which the semiconductor layer does not peel off even when the photovoltaic element is placed in the above environment. Furthermore,
It is an object of the present invention to provide a power generation system using a photovoltaic element that achieves the above object. Still another object of the present invention is to provide a photovoltaic device having excellent productivity.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は従来の問題点を
解決し、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、
見いだされたものである。即ち、本発明の光起電力素子
は、水素を含有する非単結晶シリコン系半導体材料から
なるp型層、i型層、n型層を基板上に積層して構成さ
れ、且つ該i型層はアルカリ土類金属を含有し、マイク
ロ波プラズマCVD法で形成されてなる光起電力素子に
おいて、該p型層または/及びn型層はマイクロ波で形
成されたMWドーピング層とRFプラズマCVD法で形
成されたRFドーピング層との積層構造によって構成さ
れ、且つ該RFドーピング層は該MWドーピング層と該
i型層とに挟まれるように配置され、さらに該i型層の
アルカリ土類金属含有量及び水素含有量が厚さ方向にな
めらかに変化していることを特徴とする。
The present invention has been made in order to solve the conventional problems and achieve the above object, and as a result,
It has been found. That is, the photovoltaic element of the present invention is configured by laminating a p-type layer, an i-type layer, and an n-type layer made of a non-single crystal silicon semiconductor material containing hydrogen on a substrate, and the i-type layer Is an alkaline earth metal-containing photovoltaic element formed by a microwave plasma CVD method, wherein the p-type layer and / or the n-type layer is a microwave-formed MW doping layer and an RF plasma CVD method. The RF doping layer is formed so as to be sandwiched between the MW doping layer and the i-type layer, and further contains the alkaline earth metal of the i-type layer. It is characterized in that the amount and the hydrogen content change smoothly in the thickness direction.

【0014】また本発明の光起電力素子は、水素を含有
する非単結晶シリコン系半導体材料からなるp型層、i
型層、n型層を基板上に積層して構成され、且つ該i型
層はアルカリ土類金属を含有し、マイクロ波プラズマC
VD法で形成されてなる光起電力素子において、該p型
層または/及びn型層はマイクロ波で形成されたMWド
ーピング層とRFプラズマCVD法で形成されたRFド
ーピング層との積層構造によって構成され、且つ該RF
ドーピング層は該MWドーピング層と該i型層とに挟ま
れるように配置され、さらに該i型層はドナーとなる価
電子制御剤とアクセプターとなる価電子制御剤をともに
含有することを特徴とする。
The photovoltaic element of the present invention is a p-type layer made of a non-single-crystal silicon semiconductor material containing hydrogen, i
And an i-type layer containing an alkaline earth metal, the microwave plasma C
In the photovoltaic device formed by the VD method, the p-type layer and / or the n-type layer has a laminated structure of a MW doping layer formed by microwave and an RF doping layer formed by RF plasma CVD method. Configured and the RF
The doping layer is arranged so as to be sandwiched between the MW doping layer and the i-type layer, and the i-type layer further contains both a valence electron control agent that serves as a donor and a valence electron control agent that serves as an acceptor. To do.

【0015】また本発明の望ましい形態は前記i型層と
前記RFドーピング層との間にRFプラズマCVD法で
形成されたi型の層(RF−i層)を有する前記の光起
電力素子である。また本発明の望ましい形態は前記RF
−i層にドナーとなる価電子制御剤とアクセプターとな
る価電子制御剤がともに含有されている光起電力素子で
ある。
Further, a desirable mode of the present invention is the above photovoltaic device having an i-type layer (RF-i layer) formed by an RF plasma CVD method between the i-type layer and the RF doping layer. is there. Further, a desirable mode of the present invention is the RF.
-A photovoltaic element in which an i-layer contains both a valence electron control agent that serves as a donor and a valence electron control agent that serves as an acceptor.

【0016】また本発明の望ましい形態は前記i型層、
RFドーピング層、MWドーピング層及びRF−i層の
うち少なくともひとつの層はフッ素を含有し、且つフッ
素含有量が層厚方向になめらかに変化し、且つ該層の少
なくとも一方の界面近傍で含有量が最小となっている光
起電力素子である。また本発明の望ましい形態は前記R
Fドーピング層、MWドーピング層、RF−i層または
i型層のうち少なくともひとつの層は水素含有量が層厚
方向になめらかに変化し、且つ少なくとも一方の界面近
傍で、該層の水素含有量が最大となっている光起電力素
子である。
A preferred form of the present invention is the i-type layer,
At least one layer of the RF doping layer, the MW doping layer, and the RF-i layer contains fluorine, and the fluorine content changes smoothly in the layer thickness direction, and the content is near the interface of at least one of the layers. Is the smallest photovoltaic element. In addition, a preferred embodiment of the present invention is the above R
The hydrogen content of at least one of the F-doped layer, the MW-doped layer, the RF-i layer, and the i-type layer changes smoothly in the layer thickness direction, and the hydrogen content of the layer is near at least one interface. Is the maximum photovoltaic element.

【0017】また本発明の望ましい形態は前記RFドー
ピング層、MWドーピング層、RF−i層またはi型層
のうち少なくともひとつの層において、含有されるドナ
ーとなる価電子制御剤の含有量または/及びアクセプタ
ーとなる価電子制御剤の含有量が層厚方向になめらかに
変化し、且つ該層の少なくとも一方の界面近傍で、該含
有量が最大となっている光起電力素子である。
A desirable mode of the present invention is that the content of the valence electron control agent serving as a donor contained in at least one of the RF doping layer, the MW doping layer, the RF-i layer and the i-type layer or / The content of the valence electron control agent serving as an acceptor changes smoothly in the layer thickness direction, and the content is maximized in the vicinity of at least one interface of the layer.

【0018】また本発明の望ましい形態は前記RFドー
ピング層、MWドーピング層及びRF−i層のうち少な
くともひとつの層に、アルカリ土類金属が含有されてい
ることを特徴とする光起電力素子である。また本発明の
望ましい形態は前記RFドーピング層、MWドーピング
層、RF−i層及びi型層のうち少なくともひとつの層
に含有されるアルカリ土類金属はその含有量が層厚方向
になめらかに変化し、且つ少なくとも一方の界面近傍で
含有量が最小となっている光起電力素子である。
Also, a desirable mode of the present invention is a photovoltaic element, wherein at least one of the RF doping layer, the MW doping layer and the RF-i layer contains an alkaline earth metal. is there. A desirable mode of the present invention is that the content of the alkaline earth metal contained in at least one of the RF doping layer, the MW doping layer, the RF-i layer and the i-type layer changes smoothly in the layer thickness direction. In addition, the photovoltaic element has a minimum content near at least one interface.

【0019】また本発明の望ましい形態は前記i型層ま
たは/及びRF−i層にスズ原子を含有させ、該層が非
晶質シリコン・スズからなる光起電力素子である。また
本発明の望ましい形態は前記i型層、RF−i層、MW
ドーピング層またはRFドーピング層の少なくともひと
つの層に酸素または/及び窒素原子が含有されている前
記の光起電力素子である。
A desirable mode of the present invention is a photovoltaic element in which tin atoms are contained in the i-type layer and / or the RF-i layer, and the layer is made of amorphous silicon / tin. Also, a desirable mode of the present invention is the i-type layer, the RF-i layer, the MW.
The photovoltaic device according to the above, wherein at least one of the doping layer and the RF doping layer contains oxygen and / or nitrogen atoms.

【0020】また本発明の発電システムは前記の光起電
力素子と、該光起電力素子の電圧及び/または電流をモ
ニターし蓄電池及び/または外部負荷変前記光起電力素
子からの電力の供給を制御する制御システムと、前記光
起電力素子からの電力の蓄積及び/または外部負荷への
電力の供給を行う蓄電池とから構成されていることを特
徴としている。
Further, the power generation system of the present invention monitors the voltage and / or current of the photovoltaic element and the voltage and / or current of the photovoltaic element to supply power from a storage battery and / or an external load change the photovoltaic element. It is characterized by comprising a control system for controlling, and a storage battery for storing power from the photovoltaic element and / or supplying power to an external load.

【0021】[0021]

【作用及び実施態様例】次に、本発明の実施例を図面を
参照して詳細に説明する。図1−aは本発明の光起電力
素子の一例を示す模式的説明図である。図1−aにおい
て、本発明の光起電力素子は基板101、MWPCVD
法で形成され、n型の導電型を有するMWn型層10
2、RFPCVD法で形成され、n型の導電型を有する
RFn型層103、MWPCVD法で形成され、アルカ
リ土類金属元素を含有するi型層104、RFPCVD
法で形成され、p型の導電型を有するRFp型層10
5、MWPCVD法で形成され、p型の導電型を有する
MWp型層106、透明電極107、及び集電電極10
8等から構成される。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1-a is a schematic explanatory view showing an example of the photovoltaic element of the present invention. In FIG. 1-a, the photovoltaic device of the present invention is a substrate 101, MWPCVD.
Formed by the method and having an n-type conductivity type MWn-type layer 10
2. RF n-type layer 103 formed by RFPCVD method and having n-type conductivity, i-type layer 104 formed by MWPCVD method and containing alkaline earth metal element, RFPCVD
RF p-type layer 10 formed by a method and having a p-type conductivity type
5. MW p-type layer 106 having p-type conductivity and formed by MWPCVD method, transparent electrode 107, and current collecting electrode 10.
It is composed of 8 etc.

【0022】図1−bは本発明の光起電力素子の模式的
説明図の他の例である。図1−bにおいて、本発明の光
起電力素子は基板111、n型の導電型を有するn型層
112、i型層114、RFp型層115、MWp型層
116、透明電極117、及び集電電極118等から構
成される。図1−cは本発明の光起電力素子の模式的説
明図の他の例である。図1−cにおいて、本発明の光起
電力素子は基板121、MWn型層122、RFn型層
123、i型層124、p型の導電型を有するp型層1
25、透明電極127、及び集電電極128等から構成
される。
FIG. 1-b is another example of a schematic explanatory view of the photovoltaic element of the present invention. 1B, the photovoltaic device of the present invention includes a substrate 111, an n-type layer 112 having an n-type conductivity type, an i-type layer 114, an RFp-type layer 115, a MWp-type layer 116, a transparent electrode 117, and a collector. It is composed of the electric electrode 118 and the like. FIG. 1-c is another example of a schematic explanatory view of the photovoltaic element of the present invention. 1C, the photovoltaic device of the present invention includes a substrate 121, a MWn type layer 122, an RFn type layer 123, an i type layer 124, and a p type layer 1 having p type conductivity.
25, a transparent electrode 127, a collector electrode 128, and the like.

【0023】図1−a〜図1−cにおいてn型層、p型
層はRFPCVD法またはMWPCVD法で形成される
が、RFPCVD法で形成するのが望ましい。さらに図
1−a〜図1−cのようなpin型構造の光起電力素子
の他に,n型層とp型層の積層順序を逆にしたnip型
構造の光起電力素子であってもよい。さらに図1−a〜
図1−cのようなpin型構造の光起電力素子におい
て、積層構造有するドーピング層とi型層の間にRFP
CVD法で形成されたi型(RF−i層)を有する図1
−d〜図1−fのような光起電力素子であってもよい。
1A to 1C, the n-type layer and the p-type layer are formed by the RFPCVD method or the MWPCVD method, but the RFPCVD method is preferable. Further, in addition to the pin-type photovoltaic device as shown in FIGS. 1-a to 1-c, there is also a nip-type photovoltaic device in which the stacking order of the n-type layer and the p-type layer is reversed. Good. Further, FIG.
In a photovoltaic device having a pin structure as shown in FIG. 1-c, RFP is provided between a doping layer and an i-type layer having a laminated structure.
FIG. 1 having an i-type (RF-i layer) formed by a CVD method.
Photovoltaic devices such as -d to Fig. 1-f may be used.

【0024】またさらに本発明の積層構造を有するドー
ピング層はRFp型層/MWp型層/RFp型層/i型
層、i型層/RFn型層/MWn型層/RFn型層等の
ような(RF/MW)n /RF型の3つ以上の層からな
る積層構造であってもよいし、あるいはMWp型層/R
Fp型層/MWp型層/RFp型層/i型層等のような
(MW/RF)n 型の積層構造であってもよい。
Further, the doping layer having the laminated structure of the present invention is, for example, RFp type layer / MWp type layer / RFp type layer / i type layer, i type layer / RFn type layer / MWn type layer / RFn type layer, and the like. (RF / MW) n / RF type may have a laminated structure composed of three or more layers, or MWp type layer / R
It may be a (MW / RF) n type laminated structure such as Fp type layer / MWp type layer / RFp type layer / i type layer.

【0025】また本発明の光起電力素子はpinpin
構造やpinpinpin構造等のpin構造を積層し
たものであってもよい。また本発明の光起電力素子はn
ipnip構造やnipnipnip構造等のnip構
造を積層したものであってもよい。本発明の光起電力素
子ではMWドーピング層、及びi型層を形成する際、M
WPCVD法を用いているため、堆積速度が速く、スル
ープットを向上させることができ、さらには原料ガスの
利用効率を向上させることができ、優れた生産性を有す
るものである。
The photovoltaic element of the present invention is a pinpin.
It may be a stack of pin structures such as a structure or a pinpinpin structure. Further, the photovoltaic element of the present invention is n
It may be a stack of nip structures such as an ipnip structure and a nipnipnip structure. In the photovoltaic device of the present invention, when forming the MW doping layer and the i-type layer, M
Since the WPCVD method is used, the deposition rate is high, the throughput can be improved, the utilization efficiency of the source gas can be improved, and the productivity is excellent.

【0026】また本発明の光起電力素子ではドーピング
層をMWPCVD法で形成しているために、光起電力素
子として良好な特性を有するドーピング層が得られる。
すなわち、該ドーピング層は光の透過性がよく、電気伝
導度が高く、活性化エネルギーが小さいためドーピング
層として優れており、特に光入射側のドーピング層とし
て有効である。さらにMWPCVD法で形成しているた
めに良質な微結晶シリコン系半導体材料、またはバンド
ギャップの広い良質な非晶質シリコン系半導体材料を比
較的容易に形成することができ、光入射側のドーピング
層として有効である。
Further, in the photovoltaic element of the present invention, since the doping layer is formed by the MWPCVD method, a doping layer having good characteristics as a photovoltaic element can be obtained.
That is, the doping layer is excellent as a doping layer because it has good light transmittance, high electric conductivity, and low activation energy, and is particularly effective as a doping layer on the light incident side. Further, since it is formed by the MWPCVD method, a good-quality microcrystalline silicon-based semiconductor material or a good-quality amorphous silicon-based semiconductor material with a wide band gap can be formed relatively easily, and the doping layer on the light incident side can be formed. Is effective as.

【0027】さらに本発明の光起電力素子ではドーピン
グ層をMWPCVD法で形成しているために光起電力素
子の光劣化、とりわけ開放電圧の劣化を抑制することが
できる。その詳細なメカニズムは不明であるが、以下の
ように考えられる。一般的には光照射によって生成した
未結合手がキャリアーの再結合中心になり光起電力素子
の特性が劣化するものと考えられている。MWPCVD
法で形成されたドーピング層(MWドーピング層)は堆
積速度2nm/sec以上の速度で形成されるために、
導入される価電子制御剤が100%活性化されず、未結
合手が発生してもそれを不活性な価電子制御剤がターミ
ネートするため、光起電力素子の特性、特に開放電圧の
低下を抑制することができると考えられる。
Further, in the photovoltaic element of the present invention, since the doping layer is formed by the MWPCVD method, it is possible to suppress the photodegradation of the photovoltaic element, especially the degradation of the open circuit voltage. Although the detailed mechanism is unknown, it is considered as follows. It is generally believed that the dangling bonds generated by light irradiation become the recombination centers of carriers and deteriorate the characteristics of the photovoltaic device. MWPCVD
Since the doping layer (MW doping layer) formed by the method is formed at a deposition rate of 2 nm / sec or more,
The introduced valence electron control agent is not 100% activated, and even if a dangling bond is generated, an inactive valence electron control agent terminates it, so that the characteristics of the photovoltaic element, especially the decrease in open circuit voltage are reduced. It is thought that it can be suppressed.

【0028】また上記MWPCVD法で形成されたi型
層とMWドーピング層との間にRFドーピング層がある
ために、界面準位を減少させることができ、光電変換効
率を向上できるものである。その詳細なメカニズムは不
明であるが、以下のように考えられる。RFドーピング
層は、気相反応が起こりにくい低パワーで形成し、堆積
速度を1nm/sec以下にする。その結果、パッキン
グ・デンシティーは高くなり、該層をi型層と積層した
場合に、各層の界面準位が少なくなるものである。特に
i型層の堆積速度が5nm/sec以上の場合におい
て、マイクロ波によってグロー放電を励起した直後、あ
るいは停止した直後ではi型層の表面近傍は充分に緩和
していないために表面準位が多くなっているものであ
る。
Further, since there is an RF doping layer between the i-type layer formed by the MWPCVD method and the MW doping layer, the interface state can be reduced and the photoelectric conversion efficiency can be improved. Although the detailed mechanism is unknown, it is considered as follows. The RF doping layer is formed with low power in which vapor phase reaction does not easily occur, and the deposition rate is 1 nm / sec or less. As a result, the packing density is increased, and when the layer is laminated with the i-type layer, the interface state of each layer is reduced. In particular, when the deposition rate of the i-type layer is 5 nm / sec or more, the surface level of the i-type layer is not sufficiently relaxed immediately after the glow discharge is excited by microwaves or immediately after the glow discharge is stopped, so that the surface level is It is increasing.

【0029】堆積速度の遅いRFドーピング層上にi型
層を形成することによって、グロー放電を生起した直後
におけるi型層の初期膜は下地の影響を受け、パッキン
グ・デンシティーが高くなり、ダングリングボンドが少
ない層になっており、表面準位が減少しているものと考
えられる。また一方i型層の表面に堆積速度の遅いRF
ドーピング層を形成することによって、i型層の表面準
位を、RFPCVDによる半導体層の形成と同時に起こ
る水素原子の拡散によるアニーリングによって減少させ
ることができているものと考えられる。
By forming the i-type layer on the RF-doped layer having a low deposition rate, the initial film of the i-type layer immediately after the glow discharge is affected by the underlying layer, the packing density becomes high, and the dangling is increased. It is considered that the layer has few ring bonds and the surface level is reduced. On the other hand, on the surface of the i-type layer, RF with a slow deposition rate
It is considered that by forming the doping layer, the surface level of the i-type layer can be reduced by the annealing due to the diffusion of hydrogen atoms that occurs simultaneously with the formation of the semiconductor layer by RFPCVD.

【0030】またRFドーピング層の価電子制御剤の含
有量をi型層の内部よりも高くし、且つMWPCVD法
で形成したドーピング層の価電子制御剤の含有量よりも
低くすることによって、光起電力素子の開放電圧および
フィルファクターを向上させることができる。加えて本
発明の光起電力素子は、振動劣化しにくいものである。
この詳細なメカニズムは不明であるが、構成元素比が非
常に異なるMWドーピング層とi型層の間にRFドーピ
ング層を設けることによって局所的な柔軟性が増し、M
Wドーピング層とi型層との間の内部応力を緩和するこ
とができ、内部応力による欠陥準位の発生を防止するこ
とができ、長期間振動下に置いても光起電力素子の光電
変換効率の低下を抑制することができるものと考えられ
る。このことはRFドーピング層の両界面で水素含有量
が多くなっている場合、特に効果がある。
Further, by making the content of the valence electron control agent of the RF doping layer higher than that of the inside of the i-type layer and lower than the content of the valence electron control agent of the doping layer formed by the MWPCVD method, The open circuit voltage and fill factor of the electromotive force element can be improved. In addition, the photovoltaic element of the present invention is less susceptible to vibration deterioration.
Although the detailed mechanism of this is not clear, the local flexibility is increased by providing the RF doping layer between the MW doping layer and the i-type layer whose constituent element ratios are very different from each other.
The internal stress between the W-doped layer and the i-type layer can be relaxed, the generation of defect levels due to the internal stress can be prevented, and the photoelectric conversion of the photovoltaic element can be performed even when it is left under vibration for a long time. It is considered that the decrease in efficiency can be suppressed. This is particularly effective when the hydrogen content is high at both interfaces of the RF doping layer.

【0031】また、本発明の光起電力素子は、光劣化し
にくいものである。一般的には、ドーピング層の界面近
傍には、多くのウィークボンドが存在し、光によって、
ウィークボンドが切れるために、光起電力素子の特性が
劣化すると考えられている。本発明の場合、PFドーピ
ング層及びMWドーピング層の界面近傍に多くの価電子
制御剤を導入することで、光照射によって未結合手が生
成したとしても、それらが、活性化していない価電子制
御剤と反応して、未結合手を保障するものと考えられ
る。層厚方向に対する価電子制御剤の含有量の変化パタ
ーンとしては、図12に示す例が挙げられる。図12に
おいて、(B含有量)はアクセプターとなる価電子制御
剤の含有量を示し、(P含有量)はドナーとなる価電子
制御剤の含有量を示す。
Further, the photovoltaic element of the present invention is resistant to photodegradation. Generally, there are many weak bonds near the interface of the doping layer, and light causes
It is believed that the characteristics of the photovoltaic device are deteriorated because the weak bond is broken. In the case of the present invention, by introducing a large number of valence electron control agents in the vicinity of the interface between the PF doping layer and the MW doping layer, even if dangling bonds are generated by light irradiation, they are not activated. It is believed that it reacts with the agent and guarantees a dangling bond. An example shown in FIG. 12 is given as a variation pattern of the content of the valence electron control agent in the layer thickness direction. In FIG. 12, (B content) shows the content of the valence electron control agent which becomes an acceptor, and (P content) shows the content of the valence electron control agent which becomes a donor.

【0032】図12−aは、ドーピング層の両界面で含
有量が極大となり、光入射側の界面で含有量の急激な勾
配があるようにした例である。バンドギャップの小さい
i型層を有する光起電力素子に対して特に効果がある。
図12−bは、ドーピング層の光入射側の界面で含有量
が最大、反対の界面で最小となるようにし、光入射側で
含有量の急激な勾配があるようにした例である。バンド
ギャップの小さいi型層を有する光起電力素子に対して
とくに効果がある。 図12−cは、ドーピング層の両
界面で含有量が極大となるようにし、両界面側で含有量
の急激な勾配があるようにした例である。特にp型層側
から光を入社させた場合、効果がある。バンドギャップ
の大きな材料からなるi型層を有する光起電力素子に対
して特に効果がある。
FIG. 12-a shows an example in which the content is maximized at both interfaces of the doping layer and the content is steeply sloped at the interface on the light incident side. It is particularly effective for a photovoltaic device having an i-type layer having a small band gap.
FIG. 12-b is an example in which the content is maximized at the light incident side interface of the doping layer and is minimized at the opposite interface so that the content has a steep gradient. It is particularly effective for a photovoltaic device having an i-type layer having a small band gap. FIG. 12-c is an example in which the content is maximized at both interfaces of the doping layer and the content has a steep gradient on both interface sides. It is particularly effective when light is entered from the p-type layer side. It is particularly effective for a photovoltaic device having an i-type layer made of a material having a large band gap.

【0033】本発明においては、i型層にドナーとなる
価電子制御剤とアクセプターとなる価電子制御剤をとも
に含有させることによって光劣化を抑制することができ
る。そのメカニズムの詳細は不明であるが、本発明の場
合、i型層内の価電子制御剤は100%活性化していな
い。その結果光照射によってウィークボンドが切れて未
結合手が生成したとしてもそれらが活性化していない価
電子制御剤と反応して未結合手を補償するものと考えら
れる。
In the present invention, photodegradation can be suppressed by incorporating both a valence electron control agent that serves as a donor and a valence electron control agent that serves as an acceptor into the i-type layer. Although the details of the mechanism are unknown, in the present invention, the valence electron control agent in the i-type layer is not 100% activated. As a result, even if weak bonds are broken by the light irradiation to form dangling bonds, it is considered that these react with unactivated valence electron control agents to compensate dangling bonds.

【0034】また特にi型層界面近傍にはウィークボン
ドが数多く存在すると考えられ、本発明の場合、ドーピ
ング層との界面近傍には価電子制御剤が多く分布され、
未結合手を補償するものと考えられる。従って、光起電
力素子に照射される光強度が弱い場合にも、欠陥準位が
価電子制御剤によって補償されているため光励起された
電子と正孔がトラップされる確率が減少する、また前記
したように逆バイアス時の暗電流が少ないために十分な
起電力を生じることができる。その結果光起電力素子へ
の照射光強度が弱い場合においても優れた光電変換効率
を示すものである。
Further, it is considered that there are many weak bonds particularly near the interface of the i-type layer. In the case of the present invention, a large number of valence electron control agents are distributed near the interface with the doping layer,
It is considered to compensate the dangling bonds. Therefore, even when the light intensity applied to the photovoltaic element is weak, the probability of trapping photoexcited electrons and holes is reduced because the defect level is compensated by the valence electron control agent. As described above, since the dark current during reverse bias is small, a sufficient electromotive force can be generated. As a result, it exhibits excellent photoelectric conversion efficiency even when the intensity of light applied to the photovoltaic element is weak.

【0035】加えて本発明の光起電力素子は、長期間振
動下に置いても光電変換効率が低下しにくいものであ
る。一般的にはi型層とドーピング層との界面では構成
元素が非常に異なるために界面には内部応力が存在し、
振動によって未結合手が形成され、光電変換効率が低下
すると考えられている。しかしi型層内部にドナーとな
る価電子制御剤とアクセプターとなる価電子制御剤がと
もに含有されていることによって、未結合手が生成した
としても、それらが活性化していない価電子制御剤と反
応して未結合手を補償するものと考えられる。さらにと
もに含有されるドナーとなる価電子制御剤とアクセプタ
ーとなる価電子制御剤の含有量が層厚方向になめらかに
変化し、且つ界面近傍で価電子制御剤の含有量が多くな
っている場合、特に効果がある。またi型層とドーピン
グ層の間がヘテロ接合(Si/SiGe、Si/SiC
など)からなる場合において特に効果がある。一般的に
はヘテロ接合の界面には多くの界面準位、内部応力が存
在すると考えられる。本発明の光起電力素子ではヘテロ
接合の界面近傍に多くの不活性の価電子制御剤を含有さ
せることによって、界面準位を減少させることができ
る。
In addition, the photovoltaic element of the present invention is such that the photoelectric conversion efficiency is unlikely to decrease even if it is left under vibration for a long period of time. Generally, since the constituent elements are very different at the interface between the i-type layer and the doping layer, internal stress exists at the interface,
It is believed that vibrations form dangling bonds and reduce the photoelectric conversion efficiency. However, even if a dangling bond is generated by containing both the valence electron control agent serving as a donor and the valence electron control agent serving as an acceptor inside the i-type layer, the valence electron control agent is not activated. It is considered to react to compensate dangling bonds. Further, when the content of the valence electron control agent that serves as a donor and the content of the valence electron control agent that serves as an acceptor change smoothly in the layer thickness direction, and the content of the valence electron control agent increases near the interface , Especially effective. In addition, a heterojunction (Si / SiGe, Si / SiC) is formed between the i-type layer and the doping layer.
Etc.) is particularly effective. It is generally considered that many interfaces and internal stresses exist at the interface of the heterojunction. In the photovoltaic device of the present invention, the interface state can be reduced by including a large amount of inactive valence electron control agent near the interface of the heterojunction.

【0036】価電子制御剤の含有量の層厚方向に対する
変化のパターンとしては図2に示した以下の例が挙げら
れる。図2において(B含有量)はアクセプターとなる
価電子制御剤の含有量を示し、P含有量はドナーとなる
価電子制御剤の含有量を示す。図2−aはi型層のp型
層側、n型層側で含有量が極大となり、i型層のバルク
内部のp型層側で最小となるようにし、p型層側で含有
量の急激な勾配があるようにした例である。特にp型層
側から光を入射させた場合、効果がある。nip型の光
起電力素子でn型層側から光を入射する場合にはパター
ンを層厚方向に対して逆にすればよい。さらにバンドギ
ャップの小さいi型層を有する光起電力素子に対して特
に効果がある。
The following example shown in FIG. 2 can be given as a pattern of changes in the content of the valence electron control agent in the layer thickness direction. In FIG. 2, (B content) shows the content of the valence electron control agent which becomes an acceptor, and P content shows the content of the valence electron control agent which becomes a donor. In FIG. 2-a, the content is maximized on the p-type layer side and the n-type layer side of the i-type layer, and is minimized on the p-type layer side inside the bulk of the i-type layer, and on the p-type layer side. This is an example in which there is a steep gradient. In particular, it is effective when light is incident from the p-type layer side. When light is incident from the n-type layer side in the nip-type photovoltaic element, the pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction. Further, it is particularly effective for a photovoltaic device having an i-type layer having a small band gap.

【0037】図2−bは、i型層のp型層側で含有量が
最大、n型層側で最小となるようにし、p型層側で含有
量の急激な勾配がある似ようにした例である。特に、p
型層側から、光を入射させた場合、効果がある。nip
型の光起電力素子でn型層側から光を入射する場合に
は、パターンを層厚方向に対して逆にすればよい。さら
に、バンドギャップの小さいi型層を有する光起電力素
子に対して特に効果がある。
FIG. 2B shows that the i-type layer has the maximum content on the p-type layer side and the minimum content on the n-type layer side, and the p-type layer side has a steep gradient of the content. It is an example. In particular, p
It is effective when light is incident from the mold layer side. nip
When light is incident from the n-type layer side in a type photovoltaic element, the pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction. Further, it is particularly effective for a photovoltaic device having an i-type layer having a small band gap.

【0038】図2−cは、i型層のp型層側、n型層側
で極大となるようにし、p型層側、n型層側で含有量の
急激な勾配があるようにした例である。特に、p型層側
から、光を入射させた場合、効果がある。nip型の光
起電力素子でn型層側から光を入射する場合には、パタ
ーンを層厚方向に対して逆にすればよい。図2−cのよ
うな変化パターンはバンドギャップの大きな材料からな
るi型層を有する光起電力素子に対して特に効果があ
る。すなわち図2−cにおいてp型層側から光を入射し
た場合、n型層側でもキャリアーが励起されるためこの
領域でも価電子制御剤の含有量を多くするのが望まし
い。
In FIG. 2C, the i-type layer is maximized on the p-type layer side and the n-type layer side, and the content is steeply sloped on the p-type layer side and the n-type layer side. Here is an example. In particular, it is effective when light is incident from the p-type layer side. When light is incident from the n-type layer side in the nip-type photovoltaic element, the pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction. The change pattern as shown in FIG. 2C is particularly effective for a photovoltaic device having an i-type layer made of a material having a large band gap. That is, in FIG. 2-c, when light is incident from the p-type layer side, carriers are excited also on the n-type layer side, so it is desirable to increase the content of the valence electron control agent also in this region.

【0039】i型層においては、ドナーとなる価電子制
御剤とアクセプターとなる価電子制御剤は互いに補償す
るように含有されるのが好ましい。このような価電子制
御剤の分布は各半導体層にも適用できるものである。さ
らに本発明の光起電力素子は、i型層にアルカリ土類金
属が含有され、且つアルカリ土類金属含有量が層厚方向
になめらかに変化しているものである。そうすることに
よって、光起電力素子に順バイアス電圧を印加した場合
の光劣化、振動劣化を抑制することができる。その詳細
なメカニズムは不明であるが、次のように考えられる。
非単結晶シリコン系半導体材料からなるi型層にアルカ
リ土類金属を含有させると、アルカリ土類金属はシリコ
ン、ゲルマニウム、スズ、炭素といったi型層の主構成
元素に電子を供与し、イオン化する。イオン化されたア
ルカリ土類金属はi型層内部で比較的動きやすい状態に
あり、またイオン化されたアルカリ土類金属は順バイア
スを印加することにより発生した弱電界領域に集まりや
すいと考えられる。加えて一般的にはi型層の内部電界
が弱いと光誘起欠陥、振動誘起欠陥が発生しやすく、光
劣化、振動劣化が強くなる傾向がある。
In the i-type layer, it is preferable that the valence electron control agent serving as a donor and the valence electron control agent serving as an acceptor are contained so as to compensate each other. Such distribution of the valence electron control agent can be applied to each semiconductor layer. Furthermore, in the photovoltaic element of the present invention, the i-type layer contains an alkaline earth metal, and the alkaline earth metal content changes smoothly in the layer thickness direction. By doing so, it is possible to suppress optical deterioration and vibration deterioration when a forward bias voltage is applied to the photovoltaic element. The detailed mechanism is unknown, but it is considered as follows.
When an alkaline earth metal is contained in an i-type layer made of a non-single-crystal silicon semiconductor material, the alkaline earth metal donates electrons to the main constituent elements of the i-type layer such as silicon, germanium, tin, and carbon, and ionizes. . It is considered that the ionized alkaline earth metal is relatively easy to move inside the i-type layer, and the ionized alkaline earth metal is likely to collect in the weak electric field region generated by applying the forward bias. In addition, generally, when the internal electric field of the i-type layer is weak, photo-induced defects and vibration-induced defects are likely to occur, and photo-degradation and vibration-degradation tend to be strong.

【0040】そこで本発明においては、弱電界領域には
アルカリ土類金属含有を比較的多くし、強電界領域にな
るべく少なく含有させることによって、光誘起欠陥、振
動劣化が発生してもイオン化したアルカリ土類金属が結
合して補償するものと考えられる。また光誘起欠陥、振
動誘起欠陥が発生しにくい強電界領域ではなるべくアル
カリ土類金属含有量を少なくすることが望ましい。この
ような弱電界領域での補償メカニズムは他の元素を含有
させることでは現れないものと考えられる。また原子状
のアルカリ土類金属が光誘起欠陥、振動誘起欠陥を補償
し、イオン化されることも考えられる。
Therefore, in the present invention, by containing a relatively large amount of alkaline earth metal in the weak electric field region and as little as possible in the strong electric field region, ionized alkali is generated even if photo-induced defects and vibration deterioration occur. It is thought that earth metals combine to compensate. Further, it is desirable to reduce the alkaline earth metal content as much as possible in a strong electric field region where photo-induced defects and vibration-induced defects are less likely to occur. It is considered that such a compensation mechanism in the weak electric field region does not appear by containing other elements. It is also conceivable that atomic alkaline earth metals compensate for photo-induced defects and vibration-induced defects and become ionized.

【0041】以上の効果は本発明のようにドーピング層
が積層構造を有する場合、特に強く現れる。さらに以上
の効果はi型層中の水素含有量、フッ素含有量が下記に
述べるように層厚方向に変化している場合、あるいはド
ナーとなる価電子制御剤とアクセプターとなる価電子制
御剤をi型層にともに含有している場合、さらに強くな
る。以下、図面を参照しながら、本発明の光起電力素子
におけるi型層のアルカリ土類金属含有量の望ましい変
化パターンの例を説明する。
The above effects are particularly strong when the doping layer has a laminated structure as in the present invention. Further, the above effect is obtained when the hydrogen content and the fluorine content in the i-type layer change in the layer thickness direction as described below, or when the valence electron control agent serving as a donor and the valence electron control agent serving as an acceptor are used. When both are contained in the i-type layer, it becomes stronger. Hereinafter, an example of a desirable change pattern of the alkaline earth metal content of the i-type layer in the photovoltaic element of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0042】図2−aまたは図6−aではp型層側でア
ルカリ土類金属含有量を急激に変化させ、含有量の最小
値がバルク内部のn型層側にある例である。この場合、
層厚方向に対する価電子制御剤又は水素含有量の変化パ
ターンは、それぞれ図2−a又は図6−aのものが望ま
しい。またnip型の光起電力素子でn型層側から光を
入射させる場合には変化パターンを層厚方向に対して逆
にすればよい。またp/i界面がヘテロ接合からなる場
合、特に効果がある。
In FIG. 2-a or FIG. 6-a, the alkaline earth metal content is drastically changed on the p-type layer side, and the minimum value of the content is on the n-type layer side inside the bulk. in this case,
The change pattern of the valence electron control agent or the hydrogen content with respect to the layer thickness direction is preferably that shown in FIG. 2-a or FIG. 6-a. When light is incident from the n-type layer side in the nip-type photovoltaic element, the change pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction. Further, it is particularly effective when the p / i interface is composed of a heterojunction.

【0043】図2−b又は図6−bでは,p型層側から
n型層側にゆっくりと変化させ、アルカリ土類含有量の
最小値がp型層との界面にある例である。この場合、層
厚方向に対する価電子制御剤又は水素含有量の変化パタ
ーンは、それぞれ図2−b又は図6−bのものが望まし
い。またnip型の光起電力素子でn型層側から光を入
射する場合、変化パターンを層厚方向に対して逆にすれ
ばよい。
FIG. 2-b or FIG. 6-b shows an example in which the p-type layer side is slowly changed to the n-type layer side, and the minimum alkaline earth content is at the interface with the p-type layer. In this case, the change pattern of the valence electron control agent or hydrogen content with respect to the layer thickness direction is preferably that shown in FIG. 2-b or FIG. 6-b. When light is incident from the n-type layer side in the nip type photovoltaic element, the change pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction.

【0044】図2−c又は図6−cでは,i型層のp型
層側およびn型層側でアルカリ土類含有量が急激に変化
している例である。この場合、層厚方向に対する価電子
制御剤又は水素含有量の変化パターンは、それぞれ図2
−c又は図6−cのものが望ましい。p/i界面、n/
i界面がヘテロ接合からなる場合、特に効果がある。本
発明においてアルカリ土類金属の含有量は層厚方向に変
化するが、ある微小領域における含有量の最大値(Cm
ax)は3×1018cm-3以下、最小値(Cmin)は
3×1014cm-3以上であることが望ましい。
FIG. 2-c or FIG. 6-c is an example in which the alkaline earth content changes drastically on the p-type layer side and the n-type layer side of the i-type layer. In this case, the change pattern of the valence electron control agent or the hydrogen content in the layer thickness direction is as shown in FIG.
-C or that of FIG. 6-c is preferred. p / i interface, n /
It is particularly effective when the i interface is composed of a heterojunction. In the present invention, the alkaline earth metal content varies in the layer thickness direction, but the maximum content (Cm
It is desirable that ax) is 3 × 10 18 cm −3 or less and the minimum value (Cmin) is 3 × 10 14 cm −3 or more.

【0045】以上、i型層についての効果を説明した
が、層厚方向に対してアルカリ土類金属を含有させ、さ
らに含有量を変化させることはRFドーピング層、MW
ドーピング層、後述するRF−i層にも適用できるもの
である。加えて本発明の光起電力素子は、i型層の水素
含有量を層厚方向になめらかに変化させることよって光
電変換効率を向上させることができる。すなわち、例え
ば、図6−aのようにi型層のp型層側、n型層側で水
素含有量を多くし、且つ水素含有量が最小となるところ
をバルク内部のp型層側にすることによって図6−dに
見られるようにi型層のバンドギャップはp型層側、n
型層側で極大、最小はバルク内部のp型層側となる。こ
のためi型層のp型層側では伝導帯の電界が大きくな
り、電子と正孔の分離が効率よく行われ、p型層とi型
層の界面近傍での電子と正孔の再結合を減少させること
ができる。また電子がp型層に逆拡散することを抑制す
ることができる。さらにi型層からn型層に向かって価
電子帯の電界が大きくなり、i型層のn型層側で励起さ
れた電子と正孔の再結合を減少させることができる。
The effect of the i-type layer has been described above. However, the alkaline-earth metal may be contained in the layer thickness direction and the content thereof may be changed by changing the RF doping layer and the MW.
It is also applicable to the doping layer and the RF-i layer described later. In addition, the photovoltaic device of the present invention can improve the photoelectric conversion efficiency by changing the hydrogen content of the i-type layer smoothly in the layer thickness direction. That is, for example, as shown in FIG. 6-a, the place where the hydrogen content is increased on the p-type layer side and the n-type layer side of the i-type layer and the hydrogen content is minimized is set on the p-type layer side inside the bulk. As a result, as shown in FIG. 6-d, the band gap of the i-type layer is n-side,
The maximum and minimum on the mold layer side are on the p-type layer side inside the bulk. For this reason, the electric field in the conduction band is increased on the p-type layer side of the i-type layer, the electrons and holes are efficiently separated, and the recombination of electrons and holes near the interface between the p-type layer and the i-type layer is performed. Can be reduced. In addition, it is possible to prevent electrons from being diffused back into the p-type layer. Further, the electric field in the valence band increases from the i-type layer toward the n-type layer, and recombination of electrons and holes excited on the n-type layer side of the i-type layer can be reduced.

【0046】またドーピング層とi型層の界面近傍にお
いて水素含有量を多くすることによって欠陥準位が水素
原子で補償されることによって欠陥準位を介したホッピ
ング伝導による暗電流(逆バイアス時)が減少し、光起
電力素子の開放電圧及びフィルファクターを向上させる
ことができる。また内部よりも界面近傍に水素原子を多
く含有させることによって、界面近傍特有の構成元素が
急激に変化することによる内部応力を減少させることが
できる。その結果、長時間振動下に置いても光電変換効
率が低下することを抑制することができる。またi型層
とドーピング層の間がヘテロ接合(Si/SiGe、S
i/SiCなど)からなる場合において特に効果があ
る。一般的にはヘテロ接合の界面には多くの界面準位、
内部応力が存在すると考えられる。本発明の光起電力素
子ではヘテロ接合の界面近傍に多くの水素原子を含有さ
せることによって、ヘテロ界面近傍の柔軟性を増し、内
部応力を緩和し、界面準位を減少させることができる。
Further, by increasing the hydrogen content in the vicinity of the interface between the doping layer and the i-type layer, the defect level is compensated by hydrogen atoms, so that dark current due to hopping conduction through the defect level (during reverse bias). Can be reduced, and the open circuit voltage and fill factor of the photovoltaic device can be improved. Further, by containing more hydrogen atoms in the vicinity of the interface than in the interior, it is possible to reduce the internal stress due to the abrupt change of the constituent elements specific to the vicinity of the interface. As a result, it is possible to prevent the photoelectric conversion efficiency from being lowered even when it is left under vibration for a long time. In addition, a heterojunction (Si / SiGe, S
It is particularly effective when it is made of i / SiC). Generally, there are many interface states at the heterojunction interface,
It is considered that internal stress exists. In the photovoltaic device of the present invention, by containing a large number of hydrogen atoms near the interface of the heterojunction, flexibility near the hetero interface can be increased, internal stress can be relaxed, and the interface level can be reduced.

【0047】一般的には、非晶質シリコン系半導体材料
からなるi型層中の水素含有量を多くするとバンドギャ
ップが大きくなることが知られている。以下、図面を参
照にしながら、バンドギャップの層厚方向の変化から考
えた、本発明の光起電力素子におけるi型層の水素含有
量の望ましい変化パターンの例を説明する。
It is generally known that the band gap increases as the hydrogen content in the i-type layer made of an amorphous silicon semiconductor material increases. Hereinafter, with reference to the drawings, an example of a desirable change pattern of the hydrogen content of the i-type layer in the photovoltaic device of the present invention, which is considered from the change of the band gap in the layer thickness direction, will be described.

【0048】図6−aでは前述したようにp型層側で水
素含有量を急激に変化させ、含有量の最小値がバルク内
部のp型層側にある例である。この場合、バンドギャッ
プは図6−dのようになり、p型層側から光を入射させ
ると、前記p型層とi型層の界面近傍の高電界及びn型
層とi型層の界面近傍の高電界をさらに有効に利用する
ことができ、i型層中で光励起された電子と正孔の収集
効率を向上させることができる。
In FIG. 6-a, as described above, the hydrogen content is drastically changed on the p-type layer side, and the minimum value of the content is on the p-type layer side inside the bulk. In this case, the band gap is as shown in FIG. 6-d, and when light is incident from the p-type layer side, a high electric field near the interface between the p-type layer and the i-type layer and the interface between the n-type layer and the i-type layer. The high electric field in the vicinity can be used more effectively, and the collection efficiency of electrons and holes photoexcited in the i-type layer can be improved.

【0049】またnip型の光起電力素子でn型層側か
ら光を入射させる場合には変化パターンを層厚方向に対
して逆にすればよい。またi型層のバンドキャップが小
さい場合、特に効果がある。またp/i界面がヘテロ接
合の場合、特に効果がある。図6−bではp型層側から
n型層側に水素含有量をゆっくりと変化させ、含有量の
最小値がp型層との界面にある例である。この場合、バ
ンドギャップは図6−eのようになり、i型層の全領域
にわたって価電子帯の電界を大きくすることができ、特
に正孔に対するキャリアレンジを向上させることがで
き、フィルファクターを改善することができる。またn
ip型光起電力素子でn型層側から光を入射させる場合
には変化パターンを層厚方向に対して逆にすればよい。
またi型層のバンドギャップが小さい場合、特に効果が
ある。
When light is incident from the n-type layer side in the nip-type photovoltaic element, the change pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction. Further, it is particularly effective when the band cap of the i-type layer is small. Further, it is particularly effective when the p / i interface is a heterojunction. FIG. 6-b shows an example in which the hydrogen content is slowly changed from the p-type layer side to the n-type layer side, and the minimum value of the content is at the interface with the p-type layer. In this case, the band gap is as shown in FIG. 6-e, the electric field of the valence band can be increased over the entire region of the i-type layer, the carrier range for holes can be particularly improved, and the fill factor can be increased. Can be improved. Also n
In the case of making the light enter from the n-type layer side in the ip type photovoltaic element, the change pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction.
Further, it is particularly effective when the band gap of the i-type layer is small.

【0050】図6−cではi型層のp型層側およびn型
層側で水素含有量が急激に変化している例である。この
場合、バンドギャップは図6−fのようになり、i型層
のp型層側で伝導帯の電界を強くすることができ、特に
電子のp型層への逆拡散を抑制することができる。また
i型槽とn型層側で価電子帯の電界を強くすることがで
き、特に正孔のn型層への逆拡散を抑制することができ
る。またバンドギャップの大きなi型層を有する光起電
力素子に対して特に効果がある。すなわち図6−cにお
いてp型層側から光を入射した場合、バンドギャップの
大きなi型層では光を充分吸収しきれず、i型層とn型
層の界面近傍での光励起キャヤリアーは再結合すること
なく、この界面近傍での強い電界によって分離され、収
集効率を上げることができる。またさらに光反射層を有
する光起電力素子に対して効果がある。すなわち光反射
層を有する光起電力素子においては、両方の層から光が
入射されるために同様に収集効率を上げることができ
る。またp/i界面、n/i界面がヘテロ接合からなる
場合において特に効果がある。また光起電力素子を振動
が大きい環境に置く場合に特に効果がある。
FIG. 6-c shows an example in which the hydrogen content changes abruptly on the p-type layer side and the n-type layer side of the i-type layer. In this case, the band gap becomes as shown in FIG. 6-f, and the electric field of the conduction band can be strengthened on the p-type layer side of the i-type layer, and in particular, the back diffusion of electrons to the p-type layer can be suppressed. it can. Further, the electric field in the valence band can be strengthened on the i-type tank side and the n-type layer side, and in particular, the back diffusion of holes into the n-type layer can be suppressed. Further, it is particularly effective for a photovoltaic device having an i-type layer having a large band gap. That is, in FIG. 6-c, when light is incident from the p-type layer side, the i-type layer having a large band gap cannot sufficiently absorb the light, and the photoexcited carriers near the interface between the i-type layer and the n-type layer are recombined. Without being separated by the strong electric field near the interface, collection efficiency can be improved. Further, it is effective for a photovoltaic element having a light reflecting layer. That is, in a photovoltaic device having a light reflecting layer, since light is incident from both layers, collection efficiency can be similarly improved. Further, it is particularly effective when the p / i interface and the n / i interface are heterojunctions. Further, it is particularly effective when the photovoltaic element is placed in an environment where vibration is large.

【0051】以上、i型層についての効果を説明した
が、層厚方向に対して水素含有量を変化させることはR
Fドーピング層、MWドーピング層、後述するRF−i
層にも適用できるものである。本発明の光起電力素子の
i型層、MWドーピング層、RFドーピング層、RF−
i層にフッ素を含有させることによって、光起電力素子
を長期間、高温度の環境に置いた場合の光劣化、振動劣
化を抑制できるものである。さらに加えて、光起電力素
子を長期間、高湿度の環境に置いた場合の光劣化、振動
劣化を抑制できるものである。さらに加えて、光起電力
素子を長期間、高温度、高湿度の環境に置いた場合の光
劣化、振動劣化を抑制できるものである。
The effect of the i-type layer has been described above. However, changing the hydrogen content in the layer thickness direction is R
F doping layer, MW doping layer, RF-i described later
It can also be applied to layers. The i-type layer, MW doping layer, RF doping layer, RF- of the photovoltaic element of the present invention
By including fluorine in the i layer, it is possible to suppress photodegradation and vibration degradation when the photovoltaic element is left in a high temperature environment for a long period of time. In addition, it is possible to suppress light deterioration and vibration deterioration when the photovoltaic element is placed in a high humidity environment for a long period of time. In addition, it is possible to suppress photodegradation and vibration degradation when the photovoltaic element is left in an environment of high temperature and high humidity for a long period of time.

【0052】そのメカニズムの詳細は不明であるが、フ
ッ素原子の電気陰制度が非常に大きく、フッ素原子とシ
リコン原子の結合エネルギーは大きいものである。それ
ゆえ、熱的、機械的に安定で、且つ化学的にも安定な半
導体層が得られるものと考えられる。またフッ素は水素
と同様、半導体層の未結合手をターミネートすることが
できるため、欠陥準位を減少させることができる。さら
には原子半径が水素と同様に非常に小さいため、半導体
層の中に含有させた場合にも、構造的な歪を誘起するこ
とがない。
Although the details of the mechanism are unknown, the electric energy of the fluorine atom is very large, and the binding energy between the fluorine atom and the silicon atom is large. Therefore, it is considered that a semiconductor layer that is thermally and mechanically stable and chemically stable can be obtained. Further, like hydrogen, fluorine can terminate dangling bonds in the semiconductor layer, so that the defect level can be reduced. Further, since the atomic radius is very small like hydrogen, even when contained in the semiconductor layer, structural strain is not induced.

【0053】本発明においては、フッ素含有量は半導体
層の界面近傍において少なくするのがよい。後述する
が、本発明の光起電力素子では半導体層の界面近傍に
は、水素を多く含有させ構造的な歪を緩和させる。半導
体層のパッキング・デンシティーを高く保つため、水素
含有量を多くした界面近傍では逆にフッ素含有量は少な
くすることが望ましいと考えられる。そうすることによ
って半導体中において水素とフッ素の結合、あるいは相
互間距離が狭まることによって誘起される準位を減少さ
せることができる。
In the present invention, the fluorine content is preferably reduced near the interface of the semiconductor layer. As will be described later, in the photovoltaic device of the present invention, a large amount of hydrogen is contained in the vicinity of the interface of the semiconductor layer to relax the structural strain. In order to keep the packing density of the semiconductor layer high, it is considered desirable to reduce the fluorine content in the vicinity of the interface where the hydrogen content is increased. By doing so, the level induced by the bond between hydrogen and fluorine in the semiconductor or by the reduction of the mutual distance can be reduced.

【0054】またドーピング層にフッ素を含有させるこ
とによってドーピング効率を向上させることができ、さ
らに光の透過性も向上させることができる、従って光電
変換効率を向上させることができる。またドーピング層
にフッ素を含有させることによって比較的低電圧で微結
晶シリコン系半導体材料を得ることができるため、下地
層に悪影響を及ぼすことなく、微結晶シリコン系半導体
材料からなるドーピング層を形成することができ、界面
準位を低減できるものである。従って光電変換効率を向
上させることができる。
Further, by including fluorine in the doping layer, the doping efficiency can be improved, and further the light transmittance can be improved, so that the photoelectric conversion efficiency can be improved. Further, by including fluorine in the doping layer, a microcrystalline silicon-based semiconductor material can be obtained at a relatively low voltage, so that a doping layer made of a microcrystalline silicon-based semiconductor material is formed without adversely affecting the base layer. It is possible to reduce the interface state. Therefore, the photoelectric conversion efficiency can be improved.

【0055】本発明の光起電力素子では、MWドーピン
グ層をMWPCVD法で形成するため、特に良質なドー
ピング層が得られる。また本発明の光起電力素子ではフ
ッ素を含有するドーピング層を積層構造にしているた
め、フッ素を含有させたことによる効果(高温度、高湿
度環境での光劣化、振動劣化の抑制)をより一層発揮さ
せることができる。またさらには光起電力素子を上記の
ような環境に置いた場合にも半導体層が剥離しないもの
である。
In the photovoltaic device of the present invention, the MW doping layer is formed by the MWPCVD method, so that a particularly good doping layer can be obtained. Further, in the photovoltaic element of the present invention, since the doping layer containing fluorine has a laminated structure, the effect of containing fluorine (suppression of light deterioration in high temperature and high humidity environment, vibration deterioration) is further improved. It can be further demonstrated. Further, the semiconductor layer is not peeled off even when the photovoltaic element is placed in the above environment.

【0056】以下、図面を参照にしながら、本発明の光
起電力素子におけるi型層のフッ素含有量の望ましい変
化パターンの例を説明する。図3−aではp型層側でフ
ッ素含有量を急激に変化させ、含有量の最大値がバルク
内部のp型層側にある例である。この場合、層厚方向に
対する水素含有量の変化パターンは図6−aのものが望
ましい。またnip型の光起電力素子でn型層側から光
を入射させる場合には変化パターンを層厚方向に対して
逆にすればよい。またp/i界面がヘテロ接合からなる
場合、特に効果がある。
Hereinafter, an example of a desirable change pattern of the fluorine content of the i-type layer in the photovoltaic element of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 3-a, the fluorine content is drastically changed on the p-type layer side, and the maximum content is on the p-type layer side inside the bulk. In this case, the change pattern of the hydrogen content in the layer thickness direction is preferably that shown in FIG. When light is incident from the n-type layer side in the nip-type photovoltaic element, the change pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction. Further, it is particularly effective when the p / i interface is composed of a heterojunction.

【0057】図3−bではp型層側からn型層側にゆっ
くりと変化させ、フッ素含有量の最大値がp型層との界
面にある例である。この場合、層厚方向に対する水素含
有量の変化パターンは図6−bのものが望ましい。また
nip型の光起電力素子でn型層側から光を入射する場
合、変化パターンを層厚方向に対して逆にすればよい。
図3−cではi型層のp型層側およびn型層側でフッ
素含有量が急激に変化している例である。この場合、層
厚方向に対する水素含有量の変化パターンは図6−cの
ものが望ましい。p/i界面、n/i界面がヘテロ接合
からなる場合、特に効果がある。
FIG. 3B shows an example in which the maximum value of the fluorine content is at the interface with the p-type layer by slowly changing it from the p-type layer side to the n-type layer side. In this case, the change pattern of the hydrogen content in the layer thickness direction is preferably that shown in FIG. 6-b. When light is incident from the n-type layer side in the nip type photovoltaic element, the change pattern may be reversed with respect to the layer thickness direction.
FIG. 3C is an example in which the fluorine content changes abruptly on the p-type layer side and the n-type layer side of the i-type layer. In this case, the change pattern of the hydrogen content in the layer thickness direction is preferably that shown in FIG. It is particularly effective when the p / i interface and the n / i interface are heterojunctions.

【0058】以上、i型層についての効果を説明した
が、層厚方向に対してフッ素含有量を変化させることは
RFドーピング層、MWドーピング層、後述するRF−
i層にも適用できるものである。また本発明の光起電力
素子において、i型層の価電子帯のテイルステイトの傾
きは、光起電力素子の特性を左右する重要な因子であっ
て、バンドギャップの最小のところのテイルステイトの
傾きからバンドギャップ最大のところのテイルステイト
の傾きまでなめらかに連続していることが好ましいもの
である。
Although the effect of the i-type layer has been described above, changing the fluorine content in the layer thickness direction can be achieved by using the RF doping layer, the MW doping layer, and the RF-type layer described later.
It is also applicable to the i layer. Further, in the photovoltaic device of the present invention, the slope of the tail state of the valence band of the i-type layer is an important factor that influences the characteristics of the photovoltaic device, that is, the tail state at the minimum band gap. It is preferable that the slope and the slope of the tail state at the maximum band gap are smoothly continuous.

【0059】本発明の光起電力素子においてはRFドー
ピング層とi型層の間に、RFPCVD法で形成された
i型層(RF−i層)を設けることによって、さらに光
電変換効率を向上できるものである。また価電子制御剤
をi型層の内部よりも多く含有させることによって、光
起電力素子の開放電圧及びフィルファクターを向上させ
ることができる。
In the photovoltaic device of the present invention, the photoelectric conversion efficiency can be further improved by providing the i-type layer (RF-i layer) formed by the RFPCVD method between the RF doping layer and the i-type layer. It is a thing. Further, by containing a valence electron control agent in a larger amount than the inside of the i-type layer, the open circuit voltage and fill factor of the photovoltaic element can be improved.

【0060】例えば、図1−dのおいては図1−aのR
Fp型層とi型層の間にRF−i層を設けたものであ
る。また、図1−eにおいては図1−aのRFn型層と
i型層の間にRF−i層を設けたものである。また、図
1−fにおいては図1−aのRFn型層とi型層の間、
及びRFp型層とi型層の間にRF−i層を設けたもの
である。
For example, in FIG. 1-d, R in FIG.
An RF-i layer is provided between the Fp type layer and the i type layer. Further, in FIG. 1-e, the RF-i layer is provided between the RF n-type layer and the i-type layer in FIG. 1-a. Further, in FIG. 1-f, between the RF n-type layer and the i-type layer of FIG. 1-a,
Also, an RF-i layer is provided between the RF p-type layer and the i-type layer.

【0061】RF−i層は気相反応が起こりにくい低パ
ワーで形成し、堆積速度を1nm/sec以下とするの
がよい。その結果RF−i層のパッキング・デンシティ
ーが高くなり、且つ該RF−i層をi型層と積層した場
合に、i型層の界面準位、ドーピング層の界面準位が少
なくなるものである。特にi型層の堆積速度が5nm/
sec以上の堆積速度で堆積した場合において、マイク
ロ波によってグロー放電を開始した直後、あるいは停止
した直後に、i型層の表面近傍は充分に緩和していない
ために界面準位が非常に多くなっている。RF−i層の
上にi型層を形成することによって、マイクロ波によっ
てグロー放電を開始した直後のi型層は下地の影響を受
け、パッキング・デンシティーが高く、ダングリングボ
ンドが少ない層になり、表面準位が減少するものと考え
られる。
It is preferable that the RF-i layer is formed with a low power so that the gas phase reaction does not easily occur and the deposition rate is 1 nm / sec or less. As a result, the packing density of the RF-i layer is increased, and when the RF-i layer is laminated with the i-type layer, the interface level of the i-type layer and the interface level of the doping layer are reduced. is there. In particular, the deposition rate of the i-type layer is 5 nm /
In the case of depositing at a deposition rate of sec or more, immediately after the glow discharge is started or stopped by the microwave, the vicinity of the surface of the i-type layer is not sufficiently relaxed, so that the interface state becomes extremely large. ing. By forming the i-type layer on the RF-i layer, the i-type layer immediately after starting glow discharge by microwaves is affected by the base, and has a high packing density and a small dangling bond. Therefore, it is considered that the surface level decreases.

【0062】また、i型層の表面にRF−i層を形成す
ることによって、i型層の表面準位を、RF−i層の形
成と同時に起こる水素原子の拡散によるアニーリングに
よって減少させることができると考えられる。またRF
−i層内部にドナーとなる価電子制御剤とアクセプター
となる価電子制御剤をともに含有させることによって光
劣化を抑制することができる。そのメカニズムの詳細は
不明であるが、本発明の場合、RF−i層内にドナーと
なる価電子制御剤とアクセプターとなる価電子制御剤の
両方が含有され、それらは100%活性化していない。
その結果、光照射によって未結合手が生成したとして
も、それらが活性化していない価電子制御剤と反応して
未結合手を補償するものと考えられる。加えて本発明の
光起電力素子は、長時間振動下に置いても光電変換効率
が低下しにくいものである。この詳細なメカニズムは不
明であるが、構成元素比が非常に異なる界面近傍におい
て、水素原子を多く含有させることによって界面近傍に
多く存在する内部応力を緩和でき、欠陥準位の発生を防
止することができるものと考えられる。さらに該界面近
傍に多く含有されるドナーとなる価電子制御剤とアクセ
プターとなる価電子制御剤は100%活性化しておら
ず、振動によって結合が切れたとしても活性化していな
い価電子制御剤によって未結合手を補償するものであ
る。
By forming the RF-i layer on the surface of the i-type layer, the surface level of the i-type layer can be reduced by annealing due to diffusion of hydrogen atoms which occurs at the same time when the RF-i layer is formed. It is thought to be possible. Also RF
Photodegradation can be suppressed by incorporating both a valence electron control agent that serves as a donor and a valence electron control agent that serves as an acceptor into the -i layer. Although the details of the mechanism are unknown, in the case of the present invention, both the valence electron control agent serving as a donor and the valence electron control agent serving as an acceptor are contained in the RF-i layer, and they are not 100% activated. .
As a result, it is considered that even if dangling bonds are generated by light irradiation, they react with the unactivated valence electron control agent to compensate dangling bonds. In addition, the photovoltaic device of the present invention has a low photoelectric conversion efficiency even if it is exposed to vibration for a long time. The detailed mechanism of this is unknown, but by containing a large number of hydrogen atoms in the vicinity of the interface where the constituent element ratios are very different, it is possible to relax the internal stress that is often present in the vicinity of the interface and prevent the occurrence of defect levels. It is thought to be possible. Further, the valence electron control agent serving as a donor and the valence electron control agent serving as an acceptor, which are contained in large amounts in the vicinity of the interface, are not 100% activated, and even if the bond is broken by vibration, the valence electron control agent is not activated This is to compensate unbonded hands.

【0063】また、本発明において、i型層または/及
びRF−i層にスズ(Sn)を含有させて、該層を非晶
質シリコン・スズ(a−SiSn)で構成してもよい。
Sn原子はシリコン (Si)原子と共有結合し、バン
ドギャップの小さい非晶質シリコン系半導体材料を得る
ことができ、非晶質シリコン・ゲルマニウム(a−Si
Ge)のGe原子含有量と比較して少ないSn含有量で
同じバンドギャップを得ることができる。従ってa−S
iSnの方がa−SiGeと比較して構造の乱れを少な
くしてバンドギャップの狭い半導体を形成することがで
きるものと考えられる。また更にSn原子はGe原子と
比較して共有結合半径は大きいものの、より金属的性質
であるためSi原子と合金を形成した場合に構造的な歪
を減少させることができるものと考えられる。
In the present invention, tin (Sn) may be contained in the i-type layer and / or the RF-i layer, and the layer may be made of amorphous silicon tin (a-SiSn).
Sn atoms are covalently bonded to silicon (Si) atoms to obtain an amorphous silicon-based semiconductor material having a small band gap, and amorphous silicon-germanium (a-Si)
The same bandgap can be obtained with a smaller Sn content compared to the Ge atom content of Ge). Therefore a-S
It is considered that iSn can form a semiconductor having a narrow band gap with less structural disorder than a-SiGe. Furthermore, although Sn atoms have a larger covalent radius than Ge atoms, they are considered to be able to reduce structural strain when alloyed with Si atoms because they have more metallic properties.

【0064】本発明に適したa−SiSnのバンドギャ
ップは1.30〜1.65eVであり、Sn含有量とし
ては0.1〜30%が好ましいものである。また水素含
有量は0.1〜30%が好ましい範囲であり、Snに結
合している水素の割合は1〜40%が好ましいものであ
る。また本発明に適したa−SiSnの構造は、マイク
ロボイドを含有し、該マイクロボイドの半径とマイクロ
ボイドの数との関係がフラクタル的な関係になるように
分布しているものである。マイクロボイドの堆積での割
合は0.5〜3%が好ましいものである。このようにマ
イクロボイドが分布することによって、まだ理由ははっ
きりわからないが、a−SiGeに比較して光劣化を抑
制することができるものである。
The band gap of a-SiSn suitable for the present invention is 1.30 to 1.65 eV, and the Sn content is preferably 0.1 to 30%. The hydrogen content is preferably 0.1 to 30%, and the proportion of hydrogen bonded to Sn is preferably 1 to 40%. The structure of a-SiSn suitable for the present invention contains microvoids and is distributed so that the relationship between the radius of the microvoids and the number of microvoids becomes a fractal relationship. The ratio of microvoids deposited is preferably 0.5 to 3%. Although the reason is still unclear due to the distribution of the microvoids in this way, photodegradation can be suppressed as compared with a-SiGe.

【0065】また、i型層、RF−i層、MWドーピン
グ層、RFドーピング層の内少なくともひとつの層に酸
素または/及び窒素原子を含有させてもよい。酸素また
は/及び窒素原子をi型層、RF−i層に微量(1%以
下)に含有させることによって光起電力素子の振動劣化
を抑制することができる。その詳細なメカニズムは不明
であるが、微量に含有させることによってi型層、RF
−i層の内部応力を緩和できるものと考えられる。さら
にはRF−i層に含有させることによって、電子または
正孔の逆拡散を防止することができ、光起電力素子の光
電変換効率を向上することができる。またMWドーピン
グ層、RFドーピング層にに微量(1%以下)に含有さ
せることによって層内部の応力を緩和でき、振動劣化を
抑制することができる。
Further, at least one of the i-type layer, the RF-i layer, the MW doping layer and the RF doping layer may contain oxygen or / and nitrogen atoms. By containing a small amount (1% or less) of oxygen or / and nitrogen atoms in the i-type layer and the RF-i layer, vibration deterioration of the photovoltaic element can be suppressed. The detailed mechanism is not clear, but the i-type layer, RF
-It is considered that the internal stress of the i layer can be relaxed. Furthermore, by including it in the RF-i layer, it is possible to prevent back diffusion of electrons or holes and improve the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic element. Further, by containing a small amount (1% or less) in the MW doping layer and the RF doping layer, the stress inside the layer can be relaxed and vibration deterioration can be suppressed.

【0066】酸素または/及び窒素原子の含有量は、層
厚方向に変化しているものが好ましく、更に好ましい変
化形態としては一方の界面近傍で含有量が多くなってい
るものである。以上pin構造の光起電力素子について
説明したが、pinpin構造やpinpinpin構
造等のpin構造を積層した光起電力素子、あるいはn
ipnip構造やnipnipnip構造等のnip構
造を積層した光起電力素子、についても適用できるもの
である。
The content of oxygen and / or nitrogen atoms is preferably changed in the layer thickness direction, and a more preferable change is that the content is increased in the vicinity of one interface. Although the photovoltaic device having the pin structure has been described above, the photovoltaic device in which the pin structure such as the pinpin structure or the pinpinpin structure is stacked, or n
The present invention can also be applied to a photovoltaic device in which a nip structure such as an ipnip structure or a nipnipnip structure is laminated.

【0067】このような積層型光起電力素子の場合、n
p接合部(pn接合部)でMWPCVD法で形成した層
が連続しないように、RFn型層/MWn型層/RFp
型層/MWp型層/RFp型層あるいはRFn型層/M
Wn型層/RFn型層/RFp型層/MWp型層/RF
p型層、といった構造の接合を形成することが望まし
い。
In the case of such a stacked photovoltaic element, n
RFn type layer / MWn type layer / RFp so that the layers formed by the MWPCVD method at the p junction (pn junction) are not continuous.
Type layer / MWp type layer / RFp type layer or RFn type layer / M
Wn type layer / RFn type layer / RFp type layer / MWp type layer / RF
It is desirable to form a junction having a structure such as a p-type layer.

【0068】図4は本発明の光起電力素子の非単結晶シ
リコン系半導体材料からなる半導体層を形成するのに適
した堆積装置の模式的説明図である。該堆積装置400
は堆積室401、真空計402、RF電源403、基板
404、ヒーター405、導波管406、コンダクタン
スバルブ407、補助バルブ408、リークバルブ40
9、バイアス電極410、ガス導入管411、アプリケ
ーター412、誘電体窓413、スパッタ電源414、
シャッター415、ターゲット416、ターゲットシャ
ッター417、さらに不図示のマイクロ波電源、真空排
気ポンプ、原料ガス供給装置などから構成される。不図
示の原料ガス供給装置は原料ガスボンベ、バルブ、マス
フローコントローラから構成される。
FIG. 4 is a schematic explanatory view of a deposition apparatus suitable for forming a semiconductor layer made of a non-single crystal silicon semiconductor material of the photovoltaic element of the present invention. The deposition apparatus 400
Is a deposition chamber 401, a vacuum gauge 402, an RF power source 403, a substrate 404, a heater 405, a waveguide 406, a conductance valve 407, an auxiliary valve 408, a leak valve 40.
9, bias electrode 410, gas introduction tube 411, applicator 412, dielectric window 413, sputtering power source 414,
A shutter 415, a target 416, a target shutter 417, a microwave power source (not shown), a vacuum exhaust pump, a raw material gas supply device, and the like are included. The raw material gas supply device (not shown) includes a raw material gas cylinder, a valve, and a mass flow controller.

【0069】本発明の光起電力素子の作製は以下のよう
に行われるものである。まず図4の堆積室401内に設
置されたヒーター405に基板404を密着させ、堆積
室内を10-5Torr以下に充分に排気する。この排気
にはターボ分子ポンプ、あるいはオイル拡散ポンプが適
している。堆積室内の排気を充分に行った後、H2 、H
e、Ar等のガスを半導体層形成用の原料ガスを流した
ときとほぼ同等の堆積室圧力になるように堆積室内に導
入し、ヒーター405のスイッチを入れ基板を100〜
500℃に加熱する。基板の温度が所定の温度で安定し
たら半導体層形成用の原料ガスをガスボンベからマスフ
ローコントローラーを介して所定の量を堆積室に導入す
る。堆積室内へ導入される半導体層形成用の原料ガスの
供給量は、堆積室の体積および所望の堆積速度によって
適宜決定されるものである。
The photovoltaic element of the present invention is manufactured as follows. First, the substrate 404 is brought into close contact with the heater 405 installed in the deposition chamber 401 of FIG. 4, and the inside of the deposition chamber is sufficiently evacuated to 10 −5 Torr or less. A turbo molecular pump or an oil diffusion pump is suitable for this exhaust. After exhausting the inside of the deposition chamber sufficiently, H 2 , H
A gas such as e or Ar is introduced into the deposition chamber so that the pressure in the deposition chamber is almost the same as when the source gas for forming the semiconductor layer is flown, the heater 405 is turned on, and the substrate is heated to 100 to 100%.
Heat to 500 ° C. When the temperature of the substrate stabilizes at a predetermined temperature, a predetermined amount of a raw material gas for semiconductor layer formation is introduced into the deposition chamber from a gas cylinder via a mass flow controller. The supply amount of the raw material gas for forming the semiconductor layer, which is introduced into the deposition chamber, is appropriately determined according to the volume of the deposition chamber and the desired deposition rate.

【0070】半導体層をMWPCVD法で形成する場
合、半導体層形成中の圧力は、非常に重要な因子であ
り、最適な堆積室内の圧力は0.5〜50mtorrが
好敵である。また堆積室内に導入されるMW電力は、重
要な因子である。該MW電力は堆積室内に導入される原
料ガスの流量によって適宜決定されるものであるが、好
ましい範囲としては、0.005〜1W/cm3 であ
る。MW電力の好ましい周波数の範囲としては0.5〜
10GHzが挙げられる。とくに2.45GHz付近の
周波数が適している。また再現性のある半導体層を形成
するため及び数時間から数十時間にわたって安定なグロ
ー放電を維持するためにはMW電力の周波数の安定性が
非常に重要である。周波数の変動が±2%以内の範囲で
あることが好ましいものである。さらにマイクロ波のリ
ップルも±2%以下が好ましい範囲である。このような
不図示のマイクロ波電源から発生したMW電力を導波管
406で伝送させ、アプリケーター412から誘電体窓
413を介して堆積室に導入する。このような状態で所
望の時間原料ガスを分解し、前記基板上に所望の層厚の
半導体層を形成する。その後MW電力の導入を止め、堆
積室内を排気し、H2 、He、Ar等のガスで充分パー
ジした後、基板を堆積室から取り出す。また前記誘電体
窓はアルミナセラミックス、石英、窒化ホウ素などのマ
イクロ波をよく透過する材料から構成される。
When the semiconductor layer is formed by the MWPCVD method, the pressure during the formation of the semiconductor layer is a very important factor, and the optimum pressure in the deposition chamber is 0.5 to 50 mtorr. Also, the MW power introduced into the deposition chamber is an important factor. The MW power is appropriately determined depending on the flow rate of the source gas introduced into the deposition chamber, but a preferable range is 0.005 to 1 W / cm 3 . The preferable frequency range of MW power is 0.5 to
10 GHz is mentioned. Particularly, a frequency around 2.45 GHz is suitable. Further, in order to form a reproducible semiconductor layer and to maintain a stable glow discharge for several hours to several tens of hours, the frequency stability of the MW power is very important. It is preferable that the frequency variation is within ± 2%. Further, the ripple of the microwave is preferably within ± 2%. The MW power generated from such a microwave power source (not shown) is transmitted through the waveguide 406 and introduced into the deposition chamber from the applicator 412 through the dielectric window 413. In this state, the source gas is decomposed for a desired time to form a semiconductor layer having a desired layer thickness on the substrate. After that, the introduction of MW power is stopped, the deposition chamber is evacuated, and the substrate is taken out from the deposition chamber after being sufficiently purged with a gas such as H 2 , He or Ar. The dielectric window is made of a material that transmits microwaves well, such as alumina ceramics, quartz, or boron nitride.

【0071】半導体層にアルカリ土類金属を含有させる
方法としては、図4に示すように、堆積室内にスパッタ
リング用のターゲット416を密着させたターゲット電
極409を設置し、ターゲット電極にはターゲット電源
414を接続する。そしてi型層形成の際、ターゲット
電極にDC電圧あるいはRF電力を印加することによ
り、アルカリ土類金属の化合物からなるターゲットをス
パッタリングし、i型層に所望のアルカリ土類金属を含
有させるものである。該アルカリ土類金属の化合物から
なるターゲットが導電性の場合にはターゲット電極にD
C電圧あるいはRF電力を印加し、非導電性の場合には
RF電力を印加する。
As a method for incorporating an alkaline earth metal into the semiconductor layer, as shown in FIG. 4, a target electrode 409, to which a sputtering target 416 is closely attached, is installed in a deposition chamber, and a target power source 414 is installed in the target electrode. Connect. Then, when the i-type layer is formed, a DC voltage or RF power is applied to the target electrode to sputter a target composed of a compound of an alkaline earth metal, so that the i-type layer contains a desired alkaline earth metal. is there. When the target composed of the alkaline earth metal compound is conductive, D is added to the target electrode.
C voltage or RF power is applied, and if non-conductive, RF power is applied.

【0072】半導体層にアルカリ土類金属を含有させる
別の方法としては、図4の堆積室内部からターゲット、
ターゲット電極を取り去り、ガス導入管より、アルカリ
土類金属元素を含有するガスを堆積室内に導入し、上記
のMWPCVD法でi型層に含有させることもできる。
本発明の光起電力素子のi型層を形成する際、MW電力
とともにRF電力を堆積室内に導入してもよい。この場
合、導入するMW電力は堆積室に導入する原料ガスを1
00%分解するのに必要なMW電力よりも小さいことが
望ましく、さらに同時に導入されるRF電力の好ましい
範囲としては、0.01〜2W/cm3である。RF電
力の好ましい範囲としては1〜100MHzが挙げられ
る。とくに13.56MHzが最適である。またRF周
波数の変動は±2%以内で波形はなめらかな波形が好ま
しいものである。RF電力供給用のRF電極の面積とア
ースの面積との面積比によって適宜選択されるものでは
あるが、特にRF電力供給用のRF電極の面積がアース
の面積よりも狭い場合には、RF電力供給用の電源側の
セルフバイアス(DC成分)をアースした方が良いもの
である。またバイアス電極にDC電圧を印加しても良
い。DC電圧の好ましい範囲としては、30から300
V程度である。またバイアス電極にRF電力とDC電力
を同時に印加しても良い。
As another method of incorporating the alkaline earth metal into the semiconductor layer, a target is obtained from inside the deposition chamber of FIG.
It is also possible to remove the target electrode, introduce a gas containing an alkaline earth metal element into the deposition chamber through the gas introduction pipe, and make the i-type layer contain the gas by the above MWPCVD method.
When forming the i-type layer of the photovoltaic device of the present invention, RF power as well as MW power may be introduced into the deposition chamber. In this case, the MW power to be introduced is 1 for the source gas to be introduced into the deposition chamber.
It is desirable that the power is smaller than the MW power required for 00% decomposition, and the preferable range of the RF power introduced at the same time is 0.01 to 2 W / cm 3 . A preferable range of RF power is 1 to 100 MHz. Especially 13.56 MHz is optimum. Further, it is preferable that the fluctuation of the RF frequency is within ± 2% and the waveform is smooth. It is appropriately selected depending on the area ratio between the area of the RF electrode for supplying RF power and the area of ground. However, especially when the area of the RF electrode for supplying RF power is smaller than the area of ground, the RF power is It is better to ground the self-bias (DC component) on the power supply side for supply. Alternatively, a DC voltage may be applied to the bias electrode. The preferred range of DC voltage is 30 to 300
It is about V. RF power and DC power may be applied to the bias electrode at the same time.

【0073】上に述べたi型層の好ましい堆積方法の堆
積メガニズムの詳細は不明であるが、次のように考えら
れる。原料ガスを100%分解するに必要なMW電力よ
り低いMW電力を前記原料ガスに作用させ、MW電力よ
り高いRF電力をMW電力と同時に前記原料ガスに作用
させることによって、半導体層を形成するのに適した活
性種を選択できるものと考えられる。さらに原料ガスを
分解するときの堆積室内の圧力が50mTorr以下の
状態では、良質な半導体層を形成するのに適した活性種
の平均自由工程が充分に長いために気相反応が極力抑え
られると考えられる。そしてまた堆積室内の圧力が50
mTorr以下の状態ではRF電力は、原料ガスの分解
にほとんど影響を与えず、堆積室内のプラズマと基板の
間の電位を制御しているものと考えられる。
The details of the deposition meganism of the preferred method of depositing the i-type layer described above are unknown, but it is considered as follows. A semiconductor layer is formed by causing a MW power lower than the MW power required for 100% decomposition of the source gas to act on the source gas and an RF power higher than the MW power to act on the source gas at the same time as the MW power. It is considered that the active species suitable for the above can be selected. Furthermore, when the pressure in the deposition chamber when decomposing the source gas is 50 mTorr or less, the average free path of the active species suitable for forming a good quality semiconductor layer is sufficiently long, so that the gas phase reaction is suppressed as much as possible. Conceivable. And again the pressure in the deposition chamber is 50
It is considered that in the state of mTorr or less, the RF power has almost no effect on the decomposition of the source gas and controls the potential between the plasma and the substrate in the deposition chamber.

【0074】即ちMWPCVD法の場合、プラズマと基
板の間の電位差は小さいが、RF電力をMW電力と同時
に導入することによってプラズマと基板の間の電位差
(プラズマ側が+で、基板側が−)を大きくすることが
できる。このようにプラズマ電位が基板に対してプラス
で高いことによって、MW電力で分解した活性種が基板
上に堆積し、同時にプラズマ電位で加速された+イオン
が基板上に衝突し基板表面での緩和反応が促進され良質
な半導体層が得られるものと考えられる。そして堆積速
度が5nm/sec以上のときに特に効果がある。
That is, in the case of the MWPCVD method, the potential difference between the plasma and the substrate is small, but the potential difference between the plasma and the substrate (+ on the plasma side and − on the substrate side) is increased by introducing RF power at the same time as the MW power. can do. Since the plasma potential is positively high with respect to the substrate, active species decomposed by MW power are deposited on the substrate, and at the same time + ions accelerated by the plasma potential collide with the substrate and relax on the substrate surface. It is considered that the reaction is promoted and a good quality semiconductor layer is obtained. And it is particularly effective when the deposition rate is 5 nm / sec or more.

【0075】さらにRFはDCと違って周波数が高いた
め電離したイオンと電子の分布によってプラズマの電位
と基板の電位の差が決まってくる。すなわちイオンと電
子のシナジティクによって基板とプラズマの電位差が決
まってくるものである。従って堆積室内でスパークが起
こりにくいという効果がある。その結果安定したグロー
放電を10時間以上に及び長時間維持することができる
ものである。
Further, since RF has a high frequency unlike DC, the difference between the plasma potential and the substrate potential is determined by the distribution of ionized ions and electrons. That is, the potential difference between the substrate and plasma is determined by the synergy of ions and electrons. Therefore, there is an effect that spark is unlikely to occur in the deposition chamber. As a result, stable glow discharge can be maintained for 10 hours or more for a long time.

【0076】通常のRFPCVD法ではフッ素を含有す
る原料ガス(例えばSiF4 ガス、GeF4 ガス、CF
4 ガス等)の分解エネルギーは水素を含有する原料ガス
(例えばSiH4 ガス、GeH4 ガス、CH4 ガス等)
の分解エネルギーの約10程度必要である。従って、多
大なエネルギーをグロー放電に印加するため、下地の半
導体層に悪影響を及ぼす可能性があるが、MWPCVD
法ではもともと印加する電磁波の周波数が高いために低
電力でフッ素を含有する原料ガスを分解することがで
き、フッ素を含有する半導体層の形成手段として有効で
ある。さらにはフッ素を含有する原料ガスのラジカルは
比較的寿命が長いため、MWPCVD法ではさらに平均
自由工程を長くすることができるため、堆積速度を減少
させることなく、放電空間と基板表面を容易に分離する
ことができる。さらにはMWPCVD法卯でフッ素を含
有する原料ガスを用いると放電の安定性が向上し、グロ
ー放電を20時間以上に及ぶ長時間維持することができ
るものである。
In the ordinary RFPCVD method, a raw material gas containing fluorine (eg, SiF 4 gas, GeF 4 gas, CF) is used.
4 gas, etc.) has a decomposition energy of hydrogen-containing source gas (eg, SiH 4 gas, GeH 4 gas, CH 4 gas, etc.)
About 10 of decomposition energy is required. Therefore, since a large amount of energy is applied to the glow discharge, the underlying semiconductor layer may be adversely affected.
According to the method, since the frequency of the applied electromagnetic wave is originally high, the raw material gas containing fluorine can be decomposed with low power, and it is effective as a means for forming a semiconductor layer containing fluorine. Furthermore, since the radical of the source gas containing fluorine has a relatively long life, the mean free path can be further lengthened in the MWPCVD method, so that the discharge space and the substrate surface can be easily separated without decreasing the deposition rate. can do. Furthermore, when a raw material gas containing fluorine is used in the MWPCVD method, the stability of discharge is improved, and glow discharge can be maintained for a long time of 20 hours or more.

【0077】半導体層に含有されるアルカリ土類金属含
有量を層厚方向に変化させる方法としては、アルカリ土
類金属含有量を多くしたいところでターゲット電極に印
加するRF電力を大きくし、アルカリ土類金属含有量を
少なくしたいところでターゲット電極に印加するRF電
力を小さくすれば良い。更に、DC電力を印加する場合
においては、アルカリ土類金属の含有量を多くしたいと
ころでターゲット電極に印加するDC電圧を負極性で大
きな電圧を印加すれば良く、アルカリ土類金属含有量を
少なくしたいときには、ターゲット電極に印加するDC
電圧を負極性で小さな電圧を印加すれば良い。
As a method of changing the alkaline earth metal content contained in the semiconductor layer in the layer thickness direction, the RF power applied to the target electrode is increased when the alkaline earth metal content is desired to be increased, and the alkaline earth metal content is increased. The RF power applied to the target electrode may be reduced where the metal content is desired to be reduced. Furthermore, in the case of applying DC power, it is sufficient to apply a large negative DC voltage applied to the target electrode where it is desired to increase the alkaline earth metal content, and to reduce the alkaline earth metal content. Sometimes DC applied to the target electrode
It is sufficient to apply a small voltage having a negative polarity.

【0078】半導体層にアルカリ土類金属を含有させな
い場合にはターゲットシャッターを閉じればよい。また
MWPCVD法、RFPCVD法でアルカリ土類金属を
含有させる場合には、アルカリ土類金属を含有するガス
の流量を時間的に変化させればよい。半導体層に含有さ
れる水素含有量を層厚方向に変化させる方法としては、
水素含有量を多くしたいところでバイアス電極に付加す
るRF電力を大きくし、水素含有量を少なくしたいとこ
ろでバイアス電極に付加するRF電力を小さくすれば良
い。詳細なメカニズムに関しては依然、不明であるが、
バイアス電極に付加するRF電力を増やすと、プラズマ
電位が上昇し、水素イオンが基板に向かって、より加速
されるために半導体層により多くの水素が含有されるも
のと考えられる。 更に、RF電力と同時にDC電力を
印加する場合においては、水素の含有量を多くしたいと
ころでバイアス電極に付加するDC電圧を+極性で大き
な電圧を印加すれば良く、水素含有量を少なくしたいと
きには、バイアス電極に付加するDC電圧を+極性で小
さな電圧を印加すれば良い。詳細なメカニズムに関して
は依然、不明であるが、バイアス電極に付加するRF電
力を増やすと、プラズマ電位が上昇し、水素イオンが基
板に向かって、より加速されるためにi型層中により多
くの水素が含有されるものと考えられる。
When the semiconductor layer does not contain an alkaline earth metal, the target shutter may be closed. When the alkaline earth metal is contained by the MWPCVD method or the RFPCVD method, the flow rate of the gas containing the alkaline earth metal may be changed with time. As a method of changing the hydrogen content contained in the semiconductor layer in the layer thickness direction,
The RF power applied to the bias electrode may be increased when the hydrogen content is desired to be increased, and the RF power applied to the bias electrode may be decreased when the hydrogen content is desired to be decreased. Although the detailed mechanism is still unknown,
It is considered that when the RF power applied to the bias electrode is increased, the plasma potential rises and hydrogen ions are further accelerated toward the substrate, so that more hydrogen is contained in the semiconductor layer. Furthermore, in the case of applying DC power at the same time as RF power, a large DC voltage applied to the bias electrode with a positive polarity may be applied where it is desired to increase the hydrogen content, and when the hydrogen content is desired to be reduced, The DC voltage applied to the bias electrode may be a positive voltage with a small polarity. Although the detailed mechanism remains unknown, increasing the RF power applied to the bias electrode raises the plasma potential and causes more hydrogen ions to accelerate toward the substrate, resulting in more of the i-type layer. It is considered to contain hydrogen.

【0079】また更に、半導体層に含有される水素含有
量を層厚方向に変化させるさらに別な方法としては、堆
積室内にハロゲンランプ、あるいはキセノンランプを設
け、半導体層形成中にこれらのランプをフラッシュさ
せ、基板温度を一時的に上昇させるのである。その際、
水素含有量を少なくしたいところでは、単位時間当たり
のフラッシュ回数を増し、基板温度を一時的に上昇さ
せ、水素含有量を多くしたいところでは、単位時間当た
りのフラッシュ回数を少なくすることによって、基板温
度を一時的に下げれば良い。基板温度を一時的に上げる
ことによって、半導体層表面からの水素の脱離反応が活
性化されるものと考えられる。
As another method of changing the hydrogen content contained in the semiconductor layer in the layer thickness direction, a halogen lamp or a xenon lamp is provided in the deposition chamber, and these lamps are turned on during the formation of the semiconductor layer. The substrate temperature is temporarily raised by flashing. that time,
When it is desired to reduce the hydrogen content, the number of flushes per unit time is increased to temporarily raise the substrate temperature, and where the hydrogen content is desired to be increased, the number of flushes per unit time is decreased to reduce the substrate temperature. Can be temporarily lowered. It is considered that the desorption reaction of hydrogen from the surface of the semiconductor layer is activated by temporarily raising the substrate temperature.

【0080】半導体層に含有させる水素含有量を層厚方
向に変化させる別の方法としては、半導体層形成時にフ
ッ素を含有する原料ガスと水素を含有する原料ガスを導
入し、それぞれの原料ガスの流量を時間変化させればよ
い。水素を多く含有させたいところではフッ素を含有す
る原料ガスを少なく流し、水素を少なく含有させたいと
ころではフッ素を含有する原料ガスを多く流せばよい。
As another method of changing the hydrogen content contained in the semiconductor layer in the layer thickness direction, a source gas containing fluorine and a source gas containing hydrogen are introduced at the time of forming the semiconductor layer, and the source gas of each source gas is changed. The flow rate may be changed with time. When it is desired to contain a large amount of hydrogen, a small amount of the raw material gas containing fluorine is allowed to flow, and where it is desired to contain a small amount of hydrogen, a large amount of the raw material gas containing fluorine is allowed to flow.

【0081】半導体層に含有されるフッ素含有量を層厚
方向に変化させる方法としては、半導体層形成時にフッ
素を含有するガスの流量を時間変化させればよい。フッ
素を多く含有させたいところではフッ素を含有するガス
を多く流し、フッ素を少なく含有させたいところではフ
ッ素を含有するガスを少なく流せばよい。またフッ素含
有量を層厚方向に変化させる別の方法としては、半導体
層形成時に水素を含有するガスの流量を時間変化させれ
ばよい。フッ素を多く含有させたいところでは水素を含
有するガスを少なく流し、フッ素を少なく含有させたい
ところでは水素を含有するガスを多く流せばよい。これ
は半導体層表面に結合しているフッ素と水素を含有する
ラジカルが反応し、半導体層からフッ素を引き抜き、半
導体層中に取り込まれるフッ素が相対的に減少すること
によるものと考えられる。
As a method of changing the fluorine content contained in the semiconductor layer in the layer thickness direction, the flow rate of the gas containing fluorine may be changed with time when the semiconductor layer is formed. Where a large amount of fluorine is desired, a large amount of fluorine-containing gas is allowed to flow, and where a small amount of fluorine is desired, a small amount of fluorine-containing gas may be allowed to flow. Further, as another method of changing the fluorine content in the layer thickness direction, the flow rate of the gas containing hydrogen may be changed with time when the semiconductor layer is formed. When a large amount of fluorine is desired to be contained, a small amount of hydrogen-containing gas is allowed to flow, and where a small amount of fluorine is desired to be included, a large amount of hydrogen-containing gas may be allowed to flow. It is considered that this is because the fluorine bonded to the surface of the semiconductor layer reacts with a radical containing hydrogen, the fluorine is extracted from the semiconductor layer, and the fluorine incorporated in the semiconductor layer is relatively reduced.

【0082】半導体層をRFPCVD法で堆積する場
合、容量結合型のRFPCVD法が適している。RFP
CVD法でドーピング層、RF−i層を形成する場合、
堆積室内の基板温度は100〜500℃、圧力は0.1
〜10torr、RF電力は0.01〜5.0W/cm
2 、堆積速度は0.1〜2nm/secが最適条件とし
て挙げられる。長時間におよぶRFグロー放電を維持す
るためにはRF電源の周波数変動、およびリップルはそ
れぞれ2%以内のものが望ましい。
When the semiconductor layer is deposited by the RFPCVD method, the capacitive coupling type RFPCVD method is suitable. RFP
When the doping layer and the RF-i layer are formed by the CVD method,
The substrate temperature in the deposition chamber is 100 to 500 ° C., and the pressure is 0.1.
-10 torr, RF power 0.01-5.0 W / cm
2. The optimum deposition rate is 0.1 to 2 nm / sec. In order to maintain the RF glow discharge for a long time, it is desirable that the frequency fluctuation and the ripple of the RF power source are within 2%.

【0083】また米国特許4,400,409号特許明
細書にはロール・ツー・ロール(Roll to Ro
ll)方式を採用した、半導体層を連続的に形成するプ
ラズマCVD装置が開示されている。本発明の光起電力
素子の半導体層はこのような装置を用いて連続的に製造
することが望ましい。この装置によれば、複数の堆積室
を設け、長尺、且つ可とう性の基板を該基板が堆積室を
順次通過する経路に沿って配置し、前記堆積室にて所望
の導電型を有する半導体層を形成しつつ、前記基板をそ
の長手方向に連続的に搬送することによって、pin接
合を有する光起電力素子を連続的に製造することができ
るとされている。
Further, US Pat. No. 4,400,409 discloses roll-to-roll (Roll to Ro).
A plasma CVD apparatus that continuously forms semiconductor layers, which employs the method of (ll), is disclosed. It is desirable that the semiconductor layer of the photovoltaic element of the present invention be continuously manufactured using such an apparatus. According to this apparatus, a plurality of deposition chambers are provided, a long and flexible substrate is arranged along a path through which the substrates sequentially pass through the deposition chamber, and the deposition chamber has a desired conductivity type. It is said that a photovoltaic element having a pin junction can be continuously manufactured by continuously transporting the substrate in the longitudinal direction while forming a semiconductor layer.

【0084】なお、該明細書においては、半導体層に各
価電子制御剤を含有させるための原料ガスが他の堆積室
に拡散し、他の半導体層中に混入することを防止するた
めに、ガスゲートが用いられている。具体的には前記堆
積室の間をスリット状の分離通路によって相互に分離
し、さらに各分離通にAr、H2 、He等の掃気用ガス
を流入させ、各原料ガスの相互拡散を防止している。
In this specification, in order to prevent the source gas for containing each valence electron control agent in the semiconductor layer from diffusing into another deposition chamber and mixing into another semiconductor layer, A gas gate is used. Specifically, the deposition chambers are separated from each other by a slit-shaped separation passage, and a scavenging gas such as Ar, H 2 , or He is introduced into each separation passage to prevent mutual diffusion of the source gases. ing.

【0085】本発明に用いられるアルカリ土類金属は、
ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウ
ム、バリウムであり、好適にはイオン半径の小さいベリ
リウム、マグネシウム、カルシウムが用いられる。上記
の半導体層形成方法において、アルカリ土類金属をスパ
ッタリングして半導体層中に含有させる場合、ターゲッ
トの材料としては以下の金属、化合物、またはこれらの
混合物が適している。 またMWPCVD法、RFPCVD法でアルカリ土類金
属を半導体層中に含有させる場合、アルカリ土類金属含
有の原料ガスとしては、以下の化合物が適している。
The alkaline earth metal used in the present invention is
Beryllium, magnesium, calcium, strontium, and barium are preferable, and beryllium, magnesium, and calcium having a small ionic radius are preferably used. In the above-mentioned method for forming a semiconductor layer, when an alkaline earth metal is sputtered to be contained in the semiconductor layer, the following metal, compound or mixture thereof is suitable as a target material. When the alkaline earth metal is contained in the semiconductor layer by the MWPCVD method or the RFPCVD method, the following compounds are suitable as the source gas containing the alkaline earth metal.

【0086】ガス化するためには、室温で液体のものは
化合物を液体ボンベに封入し、He、Ar等の不活性ガ
スでバブリングすることにより得られ、室温で固体のも
のは化合物を液体ボンベに封入し、該液体ボンベを加熱
し、該化合物を融解し、He、Ar等不活性ガスでバブ
リングすることにより得られる。半導体層中にベリリウ
ムを含有させるための化合物としては、Be(NO3
2 ・3H2 O、Be(CH3 2 、Be(C
2 5 2 、Be(C3 7 2 、Be(C4 9 2
等が挙げられる。
In order to gasify, what is liquid at room temperature
Enclose the compound in a liquid cylinder and use an inert gas such as He or Ar.
It is obtained by bubbling with water and is solid at room temperature.
Nono encapsulates the compound in a liquid cylinder and heats the liquid cylinder.
Then, melt the compound and bubble with an inert gas such as He or Ar.
Obtained by ringing. Beriliu in the semiconductor layer
As the compound for containing the bismuth, Be (NO3)
2・ 3H2O, Be (CH3)2, Be (C
2HFive)2, Be (C3H7)2, Be (CFourH9)2
Etc.

【0087】半導体層中にマグネシウムを含有させるた
めの化合物としては、Mg(NO32 ・6H2 O、M
g(CH3 COO)2 、MgSO4 ・7H2 O等が挙げ
られる。 半導体層中にカルシウムを含有させるための
化合物としては、Ca(ClO32 ・2H2 O、Ca
Br2 ・6H2 O、CaI・6H2 O、Ca(NO3
2 ・4H2 O等が挙げられる。
As a compound for containing magnesium in the semiconductor layer, Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O, M
g (CH 3 COO) 2, MgSO 4 · 7H 2 O , and the like. As the compound for containing calcium in the semiconductor layer, Ca (ClO 3 ) 2 .2H 2 O, Ca
Br 2 · 6H 2 O, CaI · 6H 2 O, Ca (NO 3)
2 · 4H 2 O, and the like.

【0088】半導体層中にストロンチウムを含有させる
ための化合物としては、SrCl2・6H2 O等が挙げ
られる。半導体層中にバリウムを含有させるための化合
物としては、Ba(OH)2 ・8H2 O等が挙げられ
る。また上記のMWPCVD法、RFPCVD法で半導
体層を形成する方法において、原料ガスとしては以下の
ガスまたはバブリングでガス化し得る化合物が適してい
る。
Examples of the compound for containing strontium in the semiconductor layer include SrCl 2 .6H 2 O and the like. Examples of the compound for containing barium in the semiconductor layer include Ba (OH) 2 .8H 2 O and the like. Further, in the above method for forming a semiconductor layer by the MWPCVD method or the RFPCVD method, the following gas or a compound that can be gasified by bubbling is suitable as a source gas.

【0089】半導体層中にシリコン原子を含有させるた
めの原料ガスとしては、SiH4 (Hは重水素Dを含
む)、SiX4 (X:ハロゲン原子)、SiXn4-n
(nは整数)、Si2 n 6-n 、等が挙げられる。総
称して「原料ガス(Si)」とする。特にSiH4 、S
iD4 、Si2 6 が適している。半導体層中にフッ素
原子を含有させるための原料ガスとしては、F2 、Si
4 、Si2 6 、GeF4 、CF4 、C2 6 、C2
ClF5 、CClF3 、CHF3 、C3 8 、NF3
PF5 、BF3 、SF4 等が挙げられる。総称して「原
料ガス(F)」とする。特にSiF4 、GeF4 、PF
5 、BF3 が適している。 半導体層中に炭素原子を含
有させるための原料ガスとしては、CH4 、(Hは重水
素Dを含む)、Cn 2n+2(nは整数)、Cn 2n、C
4 (Xはハロゲン原子)、Cn 2n+2、Cn 2n、C
2 2 、C6 6 等が挙げられる。総称して 「原料ガ
ス(C)」とする。特にCH4 、CD4 、C2 2 が適
している。
The semiconductor layer was made to contain silicon atoms.
As a raw material gas forFour(H includes deuterium D
Mu), SiXFour(X: halogen atom), SiXnH4-n
(N is an integer), Si2XnH6-n, And the like. Total
It is referred to as “source gas (Si)”. Especially SiHFour, S
iDFour, Si2H6Is suitable. Fluorine in the semiconductor layer
As a source gas for containing atoms, F is2, Si
F Four, Si2F6, GeFFour, CFFour, C2F6, C2
ClFFive, CClF3, CHF3, C3F8, NF3,
PFFive, BF3, SFFourEtc. Collectively, "Hara
Gas (F) ". Especially SiFFour, GeFFour, PF
Five, BF3Is suitable. Including carbon atoms in the semiconductor layer
CH as the source gas to haveFour, (H is heavy water
(Including element D), CnH2n + 2(N is an integer), CnH2n, C
XFour(X is a halogen atom), CnX2n + 2, CnX2n, C
2H2, C6H6Etc. Collectively, "raw materials
(C) ". Especially CHFour, CDFour, C2H2Is suitable
is doing.

【0090】半導体層中にゲルマニウム原子を含有させ
るための原料ガスとしては、GeH 4 、(Hは重水素D
を含む)、Gen 2n+2、GeX4 (Xはハロゲン原
子)、等が挙げられる。総称して「原料ガス(Ge)」
とする。特にGeH4 、GeD 4 が適している。半導体
層中にスズ原子を含有させるための原料ガスとしては、
SnH4 、(Hは重水素Dを含む)、Snn 2n+2、S
nX4 (Xはハロゲン原子)、SnR4(R:アルキル
基)、SnXn 4-n 等が挙げられる。総称して「原料
ガス(Sn)」とする。特にSnH4 、SnD4 、Sn
(CH3 4 が適している。
Including germanium atoms in the semiconductor layer
GeH is used as a source gas for Four, (H is deuterium D
Including), GenH2n + 2, GeXFour(X is halogen source
Child), and the like. Collective term "raw material gas (Ge)"
And Especially GeHFour, GeD FourIs suitable. semiconductor
As a raw material gas for containing tin atoms in the layer,
SnHFour, (H includes deuterium D), SnnH2n + 2, S
nXFour(X is a halogen atom), SnRFour(R: alkyl
Group), SnXnR4-nEtc. Collectively "raw materials
Gas (Sn) ”. Especially SnHFour, SnDFour, Sn
(CH3)FourIs suitable.

【0091】半導体層の導電型をp型にするために導入
される価電子制御剤としては、周期律表第III族原子
(B、Al、Ga、In、Tl)が挙げられ、導電型を
n型にするために導入される価電子制御剤としては周期
律表第V族原子(P、As、Sb、Bi)、第VI族原
子(S、Se、Te)が挙げられる。半導体層中に周期
律表第III族原子を導入するための原料ガスとしては
26 、B4 10、B5 9 、BF3 、B(CH3
3 、B(C2 5 3 、BCl3 、AlCl3 、Al
(CH3 3 、GaCl3 、InCl3 、TlCl3
を挙げることができる。総称して「原料ガス(II
I)」とする。特にB2 6、B(CH3 3 、B(C
2 5 3 、Al(CH3 3 が適している。
Examples of the valence electron control agent introduced to make the conductivity type of the semiconductor layer p-type include Group III atoms (B, Al, Ga, In, Tl) of the periodic table. Examples of the valence electron control agent introduced to make it n-type include group V atoms (P, As, Sb, Bi) and group VI atoms (S, Se, Te) in the periodic table. As a source gas for introducing a group III atom of the periodic table into the semiconductor layer, B 2 H 6 , B 4 H 10 , B 5 H 9 , BF 3 , B (CH 3 )
3 , B (C 2 H 5 ) 3 , BCl 3 , AlCl 3 , Al
(CH 3) 3, may be mentioned GaCl 3, InCl 3, TlCl 3, and the like. Collectively, "source gas (II
I) ”. In particular B 2 H 6 , B (CH 3 ) 3 , B (C
2 H 5 ) 3 and Al (CH 3 ) 3 are suitable.

【0092】半導体層中に周期律表第V族原子を導入す
るための原料ガスとしては、PH3、P2 4 、PH4
I、PF3 、PF5 、PCl3 、PCl5 、PBr3
PBr5 、PI3 、AsH3 、AsF3 、AsCl3
AsBr3 、AsF5 、SbH3 、SbF3 、Sb
5 、SbCl3 、SbCl5、BiH3、BiCl3
BiBr3 等を挙げることができる。総称して「原料ガ
ス(V)」とする。特にPH3 、AsH3 、が適してい
る。
PH 3 , P 2 H 4 , and PH 4 are used as the source gas for introducing the group V atom of the periodic table into the semiconductor layer.
I, PF 3 , PF 5 , PCl 3 , PCl 5 , PBr 3 ,
PBr 5 , PI 3 , AsH 3 , AsF 3 , AsCl 3 ,
AsBr 3 , AsF 5 , SbH 3 , SbF 3 , Sb
F 5 , SbCl 3 , SbCl 5 , BiH 3 , BiCl 3 ,
BiBr 3 and the like can be mentioned. Collectively referred to as "source gas (V)". Particularly, PH 3 and AsH 3 are suitable.

【0093】半導体層中に周期律表第VI族原子を導入
するための原料ガスとしては、H2S、SF4、SF6
CS2 、H2 Se、SeF6 、TeH2 、TeF6
(CH3 2Te、(C2 5 2 Te等が挙げられる。
総称して「原料ガス(VI)」とする。特にH2 S、
(C2 5 2 Teが適している。半導体層中に酸素原
子を含有させるための原料ガスとしては、O2 、C
2 、CO、NO、NO2 、N2 O、H2 O、CH3
2 OH、CH3 OH等が挙げられる。総称して「原料
ガス(O)」とする。特にO2 、NOが適している。
Introduction of Group VI atom of the periodic table into the semiconductor layer
As a raw material gas for2S, SFFour, SF6,
CS2, H2Se, SeF6, TeH2, TeF6,
(CH3 )2Te, (C2HFive)2Te etc. are mentioned.
Collectively referred to as "source gas (VI)". Especially H2S,
(C2HFive)2Te is suitable. Oxygen source in the semiconductor layer
As a raw material gas for containing the child, O2, C
O2, CO, NO, NO2, N2O, H2O, CH3C
H2OH, CH3OH etc. are mentioned. Collectively "raw materials
Gas (O) ”. Especially O2, NO are suitable.

【0094】半導体層中に窒素原子を含有させるための
原料ガスとしては、N2 、NO、NO2 、N2 O、NH
3 等が挙げられる。総称して「原料ガス(N)」とす
る。特にN2 、NH3 が適している。またこれらの原料
ガスをH2 、D2 、He、Ar等のガスで適宜希釈して
堆積室に導入しても良い。
Source gases for containing nitrogen atoms in the semiconductor layer include N 2 , NO, NO 2 , N 2 O and NH.
3 etc. Collectively referred to as "source gas (N)". N 2 and NH 3 are particularly suitable. Further, these source gases may be appropriately diluted with a gas such as H 2 , D 2 , He, Ar or the like and introduced into the deposition chamber.

【0095】つぎに、本発明の光起電力素子の構成を詳
細説明する。基板 基板は、導電性材料単体で構成されたものでもよく、絶
縁性材料または導電性材料で構成された支持体上に導電
層を形成したものであっても良い。 導電性材料として
は、例えば、NiCr、ステンレス、Al、Cr、M
o、Au、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb、Sn等
の金属またはこれらの合金が挙げられる。
Next, the structure of the photovoltaic element of the present invention will be described in detail. Substrate The substrate may be made of a conductive material alone, or may be one having a conductive layer formed on a support made of an insulating material or a conductive material. As the conductive material, for example, NiCr, stainless steel, Al, Cr, M
Examples thereof include metals such as o, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb, and Sn, or alloys thereof.

【0096】これらの材料を支持体として使用するには
シート状、あるいは長尺状のシートを円筒体に巻き付け
たロール状であることが望ましい。絶縁性材料として
は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、
セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド等
の合成樹脂、またはガラス、セラミックス、紙などが挙
げられる。これらの材料を支持体として使用するにはシ
ート状、あるいは長尺状のシートを円筒体に巻き付けた
ロール状であることが望ましい。これらの絶縁性支持体
は少なくともその一方の表面に導電層を形成し、該導電
層を形成した表面上に本発明の半導体層を形成する。
In order to use these materials as a support, it is preferable that the material has a sheet shape or a roll shape in which a long sheet is wound around a cylindrical body. As the insulating material, polyester, polyethylene, polycarbonate,
Examples thereof include synthetic resins such as cellulose acetate, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene and polyamide, or glass, ceramics and paper. In order to use these materials as a support, it is preferable that the material has a sheet shape or a roll shape in which a long sheet is wound around a cylindrical body. These insulating supports have a conductive layer formed on at least one surface thereof, and the semiconductor layer of the present invention is formed on the surface having the conductive layer formed thereon.

【0097】例えばガラスであれば表面上に、NiC
r、Al、Ag、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、
Ti、Pt、Pb、In23、ITO(In23+Sn
2)、ZnO等の材料またはその合金からなる導電層
を形成し、ポリエステルフィルム等の合成樹脂シートで
あれば表面上にNiCr、Al、Ag、Pb、Zn、N
i、Au、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、Ti、
Pt等の材料またはその合金からなる導電層を形成し、
ステンレスであればNiCr、Al、Ag、Cr、M
o、Ir、Nb、Ta、V、Ti、Pt、Pb、In2
3 、ITO(In 2 3 +SnO2 )、ZnO等の材
料またはその合金からなる導電層形成する。
For example, in the case of glass, NiC is formed on the surface.
r, Al, Ag, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V,
Ti, Pt, Pb, In2O3, ITO (In2O3+ Sn
O2), A conductive layer made of a material such as ZnO or an alloy thereof.
To form a synthetic resin sheet such as polyester film
If present, NiCr, Al, Ag, Pb, Zn, N on the surface
i, Au, Cr, Mo, Ir, Nb, Ta, V, Ti,
Forming a conductive layer made of a material such as Pt or an alloy thereof,
For stainless steel, NiCr, Al, Ag, Cr, M
o, Ir, Nb, Ta, V, Ti, Pt, Pb, In2
O3, ITO (In 2O3+ SnO2), ZnO, etc.
A conductive layer made of a material or its alloy is formed.

【0098】形成方法としては真空蒸着法、スパッタリ
ング法、スクリーン印刷法等が挙げられる。支持体の表
面形状は平滑あるいは山の高さが最大300〜1000
nmの凹凸であることが望ましい。基板の厚さは所望通
りの光起電力素子を形成し得るように適宜決定するが光
起電力素子としての柔軟性が要求される場合には、支持
体としての機能が十分発揮される範囲で可能な限り薄く
することができる。しかしながら、支持体の製造上及び
取扱い上、機械的強度等の点から通常は10μm以上と
される。
Examples of the forming method include a vacuum vapor deposition method, a sputtering method and a screen printing method. The surface shape of the support is smooth or the peak height is 300 to 1000 at maximum.
It is desirable that the roughness is nm. The thickness of the substrate is appropriately determined so that a desired photovoltaic element can be formed, but when flexibility as a photovoltaic element is required, it is within a range in which the function as a support is sufficiently exerted. It can be made as thin as possible. However, it is usually 10 μm or more in terms of mechanical strength and the like in terms of production and handling of the support.

【0099】本発明の光起電力素子における望ましい基
板形態としては、上記支持体上にAg、Al、Cu、A
lSi等の可視光から近赤外で反射率の高い金属からな
る導電層(光反射層)を形成することである。光反射層
は真空蒸着法、スパッタリング法等で形成するのが適し
ている。光反射層としてのこれらの金属の層厚としては
10nmから5000nmが適した層厚として挙げられ
る。光反射層の表面をテクスチャー化するためには形成
時の基板温度を200℃以上とすれば良い。
Preferred substrate forms in the photovoltaic element of the present invention are Ag, Al, Cu, A on the support.
This is to form a conductive layer (light reflection layer) made of a metal having a high reflectance in the near infrared from visible light such as 1Si. The light reflecting layer is suitably formed by a vacuum vapor deposition method, a sputtering method or the like. As a layer thickness of these metals as a light reflecting layer, a suitable layer thickness is 10 nm to 5000 nm. In order to texture the surface of the light reflection layer, the substrate temperature at the time of formation may be 200 ° C. or higher.

【0100】本発明の光起電力素子におけるさらに望ま
しい基板形態としては、光反射層上にZnO、Sn
2 、In2 3 、ITO、TiO2 、CdO、Cd2
SnO4、Bi2 3 、MoO3 、NaX WO3 等から
なる導電層(反射増加層)を形成することである。光反
射増加層の堆積方法としては、真空蒸着法、スパッタリ
ング法、スプレー法、スピンオン法、ディッピング法等
が適した方法として挙げられる。また反射増加層の層厚
としては、前記反射増加層の材料の屈折率により最適な
層厚は異なるが、好ましい層厚の範囲としては50nm
〜10μmが挙げられる。さらに反射増加層をテクスチ
ャー化するためには、該反射増加層を形成する際の基板
温度を200℃以上に上げるのが好ましいものである。MWドーピング層(MWp型層、MWn型層) この層は光起電力素子の特性を左右する重要な層であ
る。
As a more desirable substrate form in the photovoltaic element of the present invention, ZnO, Sn on the light reflecting layer is preferable.
O 2 , In 2 O 3 , ITO, TiO 2 , CdO, Cd 2
This is to form a conductive layer (reflection-increasing layer) made of SnO 4 , Bi 2 O 3 , MoO 3 , Na x WO 3, or the like. Suitable methods for depositing the light reflection increasing layer include vacuum vapor deposition, sputtering, spraying, spin-on and dipping. As for the layer thickness of the reflection increasing layer, the optimum layer thickness varies depending on the refractive index of the material of the reflection increasing layer, but a preferable layer thickness range is 50 nm.
-10 micrometers is mentioned. Further, in order to texture the reflection enhancing layer, it is preferable to raise the substrate temperature at the time of forming the reflection enhancing layer to 200 ° C. or higher. MW doping layer (MWp type layer, MWn type layer) This layer is an important layer that influences the characteristics of the photovoltaic device.

【0101】MWドーピング層は非晶質シリコン系半導
体材料、または微結晶シリコン系半導体材料、または多
結晶シリコン系半導体材料から構成される。非晶質(a
−と略記する)シリコン系半導体材料としてはa−S
i、a−SiC、a−SiGe、a−SiGeC、a−
SiO、a−SiN、a−SiON、a−SiCON等
が挙げられる。 微結晶(μc−と略記する)シリコン
系半導体材料としてはμc−Si、μc−SiC、μc
−SiGe、μc−SiO、μc−SiGeC、μc−
SiN、μc−SiON、μc−SiCON等が挙げら
れる。多結晶(poly−と略記する)シリコン系半導
体材料としてはpoly−Si、poly−SiC、p
oly−SiGe等が挙げられる。
The MW doping layer is composed of an amorphous silicon semiconductor material, a microcrystalline silicon semiconductor material, or a polycrystalline silicon semiconductor material. Amorphous (a
Abbreviated as −) as a silicon-based semiconductor material is aS
i, a-SiC, a-SiGe, a-SiGeC, a-
SiO, a-SiN, a-SiON, a-SiCON, etc. are mentioned. Microcrystalline (abbreviated as μc−) silicon-based semiconductor materials include μc-Si, μc-SiC, μc
-SiGe, μc-SiO, μc-SiGeC, μc-
Examples include SiN, μc-SiON, μc-SiCON, and the like. Polycrystalline (abbreviated as poly-) silicon-based semiconductor materials include poly-Si, poly-SiC, and p.
Examples include oli-SiGe and the like.

【0102】特に光入射側のMWドーピング層には、光
吸収の少ない結晶性の半導体材料かバンドギャップの広
い非晶質半導体層が適している。具体的にはa−Si
C、a−SiO、a−SiN、a−SiON、a−Si
CON、μc−Si、μc−SiC、μc−SiO、μ
c−SiON、μc−SiCON、poly−Si、p
oly−SiCが適している。
Particularly, for the MW doping layer on the light incident side, a crystalline semiconductor material with little light absorption or an amorphous semiconductor layer with a wide band gap is suitable. Specifically, a-Si
C, a-SiO, a-SiN, a-SiON, a-Si
CON, μc-Si, μc-SiC, μc-SiO, μ
c-SiON, μc-SiCON, poly-Si, p
Poly-SiC is suitable.

【0103】導電型をp型またはn型にするために導入
される価電子制御剤の導入量は、1000ppm〜10
%が好ましい範囲として挙げられ、さらに少なくとも一
方の界面で含有量が多くなっていることが望ましい。ま
た含有される水素(H、D)及びフッ素は未結合手を保
証する働きをし、ドーピング効率を向上させるものであ
る。水素およびフッ素含有量は0.1〜30at%が最
適量として挙げられる。特にMWドーピング層が結晶性
の場合、0.01〜10at%が最適量として挙げられ
る。さらに界面側で水素含有量が多くなっているものが
好ましい分布形態として挙げられ、該界面近傍での水素
含有量はバルク内の含有量の1.1〜3倍の範囲が好ま
しい範囲として挙げられる。また、界面側でフッ素含有
量が少なくなっているものが好ましい分布形態として挙
げられ、バルク内の0.3〜0.9倍の範囲が好ましい
範囲として挙げられる。
The amount of the valence electron control agent introduced to make the conductivity type p-type or n-type is 1000 ppm to 10 ppm.
% Is mentioned as a preferable range, and it is desirable that the content is increased in at least one interface. Further, the contained hydrogen (H, D) and fluorine serve to guarantee dangling bonds and improve the doping efficiency. The optimum content of hydrogen and fluorine is 0.1 to 30 at%. Especially when the MW doping layer is crystalline, 0.01 to 10 at% can be mentioned as the optimum amount. Further, a preferable distribution form is one in which the hydrogen content on the interface side is large, and the hydrogen content in the vicinity of the interface is 1.1 to 3 times the content in the bulk as a preferable range. . In addition, a preferable distribution form is one in which the fluorine content is small on the interface side, and a preferable range is 0.3 to 0.9 times in the bulk.

【0104】酸素、窒素原子の導入量は0.1ppm〜
20%、微量に含有させる場合には0.1ppm〜1%
が好適な範囲である。る電気特性としては活性化エネル
ギーが0.2eV以下のものが好ましく、0.1eV以
下のものが最適である。また比抵抗としては100Ωc
m以下が好ましく、1Ωcm以下が最適である。さらに
層厚は1〜50nmが好ましく、3〜30nmが最適で
ある。
The amount of oxygen and nitrogen atoms introduced is 0.1 ppm to
20%, 0.1ppm to 1% when contained in a trace amount
Is a preferable range. As electric characteristics, the activation energy is preferably 0.2 eV or less, and most preferably 0.1 eV or less. The specific resistance is 100Ωc
m or less is preferable, and 1 Ωcm or less is optimal. Further, the layer thickness is preferably 1 to 50 nm, and most preferably 3 to 30 nm.

【0105】前述した光吸収の少ない結晶性の半導体材
料か、バンドギャップの広い非晶質半導体層を形成する
場合は、H2 、D2 、He等のガスで2〜100倍に原
料ガスを希釈し、比較的高いMW電力を導入するのが好
ましい。RFドーピング層(RFp型層、RFn型層) この層は光起電力素子の特性を左右する重要な層であ
る。RFドーピング層は非晶質シリコン系半導体材料、
または微結晶シリコン系半導体材料、または多結晶シリ
コン系半導体材料から構成される。非晶質シリコン系半
導体材料としては、a−Si、a−SiC、a−SiG
e、a−SiGeC、a−SiO、a−SiN、a−S
iON、a−SiCON等が上げられる。
In the case of forming a crystalline semiconductor material having a small light absorption or an amorphous semiconductor layer having a wide band gap as described above, the source gas is 2 to 100 times as much as a gas such as H 2 , D 2 and He. It is preferred to dilute and introduce a relatively high MW power. RF doping layer (RFp type layer, RFn type layer) This layer is an important layer that influences the characteristics of the photovoltaic device. The RF doping layer is an amorphous silicon semiconductor material,
Alternatively, it is composed of a microcrystalline silicon semiconductor material or a polycrystalline silicon semiconductor material. As the amorphous silicon semiconductor material, a-Si, a-SiC, a-SiG
e, a-SiGeC, a-SiO, a-SiN, a-S
iON, a-SiCON, etc. are raised.

【0106】微結晶シリコン系半導体材料としては、μ
c−Si、μc−SiC、μc−SiGe、μc−Si
O、μc−SiGeC、μc−SiN、μc−SiO
N、μc−SiOCN、等が挙げられる。多結晶シリコ
ン系半導体材料としては、poly−Si、poly−
SiC、poly−SiGe等が挙げられる。特に光入
射側のRFドーピング層には、光吸収の少ない結晶性の
半導体材料かバンドギャップの広い非晶質半導体層が適
している。具体的にはa−SiC、a−SiO、a−S
iN、a−SiON、a−SiCON、μc−Si、μ
c−SiC、μc−SiO、μc−SiN、μc−Si
ON、μc−SiOCN、poly−Si、poly−
SiCが適している。
As the microcrystalline silicon-based semiconductor material, μ
c-Si, μc-SiC, μc-SiGe, μc-Si
O, μc-SiGeC, μc-SiN, μc-SiO
N, μc-SiOCN, and the like. Polycrystalline silicon-based semiconductor materials include poly-Si and poly-
SiC, poly-SiGe, etc. are mentioned. In particular, a crystalline semiconductor material with little light absorption or an amorphous semiconductor layer with a wide bandgap is suitable for the RF doping layer on the light incident side. Specifically, a-SiC, a-SiO, a-S
iN, a-SiON, a-SiCON, μc-Si, μ
c-SiC, μc-SiO, μc-SiN, μc-Si
ON, μc-SiOCN, poly-Si, poly-
SiC is suitable.

【0107】導電型をp型またはn型にするために導入
される価電子制御剤の導入量は、800ppm〜8%が
好ましい範囲として挙げられ、MWドーピング層の導入
量よりも少ないことが望ましい。さらに少なくとも一方
の界面で含有量が多くなっていることが望ましい。また
含有される水素(H、D)及びフッ素は未結合手を補償
する働きをし、ドーピング効率を向上させるものであ
る。
The amount of the valence electron control agent introduced to make the conductivity type p-type or n-type is preferably 800 ppm to 8%, and is preferably less than the amount introduced in the MW doping layer. . Further, it is desirable that the content is large at at least one interface. In addition, the contained hydrogen (H, D) and fluorine function to compensate dangling bonds and improve the doping efficiency.

【0108】水素及びフッ素含有量は0.1〜25at
%が最適量として挙げられる。特にRFドーピング層が
結晶性の場合、0.01〜10at%が最適量として挙
げられる。さらに界面側で水素含有量が多くなっている
ものが好ましい分布形態として挙げられ、該界面近傍で
の水素含有量はバルク内の1.1〜3倍の範囲が好まし
い範囲として挙げられる。また、界面側でフッ素含有量
が少なくなっているものが好ましい分布形態として挙げ
られ、バルク内の0.3〜0.9倍の範囲が好ましい範
囲として挙げられる。酸素、窒素原子の導入量は0.1
ppm〜20%、微量に含有させる場合には0.1pp
m〜1%が好適な範囲である。
Hydrogen and fluorine contents are 0.1 to 25 at
% Can be mentioned as the optimum amount. Especially when the RF doping layer is crystalline, 0.01 to 10 at% is mentioned as the optimum amount. Further, a preferable distribution form is one in which the hydrogen content is large on the interface side, and the hydrogen content in the vicinity of the interface is preferably in the range of 1.1 to 3 times that in the bulk. In addition, a preferable distribution form is one in which the fluorine content is small on the interface side, and a preferable range is 0.3 to 0.9 times in the bulk. Introduction amount of oxygen and nitrogen atoms is 0.1
ppm to 20%, 0.1 pp when contained in a trace amount
The preferable range is m to 1%.

【0109】電気特性としては、活性化エネルギーが
0.2eV以下のものが好ましく、0.1eV以下のも
のが最適である。また比抵抗としては100Ωcm以下
が好ましく、1Ωcm以下が最適である。さらに層厚は
1〜50nmが好ましく、5〜20nmが最適である。
前述した光吸収の少ない結晶性の半導体材料か、バンド
ギャップの広い非晶質半導体層を形成する場合はH2
2 、He等のガスで2〜100倍に原料ガスを希釈
し、比較的高いRF電力を導入するのが好ましい。i型層 本発明の光起電力素子において、i型層は光励起キャリ
アを発生輸送する最も重要な層である。i型層としては
僅かにp型、僅かにn型の層も使用でき、水素を含有す
る非晶質シリコン系半導体材料から構成され、例えばa
−Si、a−SiC、a−SiGe、a−SiGeC、
a−SiSn、a−SiSnC、a−SiSnGe、a
−SiSnGeC等が挙げられる。
Regarding the electrical characteristics, the activation energy is preferably 0.2 eV or less, and most preferably 0.1 eV or less. The specific resistance is preferably 100 Ωcm or less, and most preferably 1 Ωcm or less. Further, the layer thickness is preferably 1 to 50 nm, and optimally 5 to 20 nm.
If a crystalline semiconductor material having a small light absorption as described above or an amorphous semiconductor layer having a wide band gap is formed, H 2 ,
It is preferable to dilute the raw material gas 2 to 100 times with a gas such as D 2 or He to introduce a relatively high RF power. i-Type Layer In the photovoltaic device of the present invention, the i-type layer is the most important layer for generating and transporting photoexcited carriers. As the i-type layer, a slightly p-type or slightly n-type layer can be used, and the i-type layer is made of an amorphous silicon semiconductor material containing hydrogen.
-Si, a-SiC, a-SiGe, a-SiGeC,
a-SiSn, a-SiSnC, a-SiSnGe, a
-SiSnGeC etc. are mentioned.

【0110】本発明の光起電力素子のi型層としては、
シリコンと水素とアルカリ土類金属を含有するものであ
り、水素含有量及びアルカリ土類金属含有量が層厚方向
になめらかに変化してものである。また、望ましい変化
形態としては、ドナーとなる価電子制御剤(周期律表第
V属及び第VI族原子)とアクセプターとなる価電子制
御剤(周期律表第III族原子)をともに含有するもの
であり、上記価電子制御剤がp型層側とn型層側で多く
なっているものがより好ましい。
As the i-type layer of the photovoltaic element of the present invention,
It contains silicon, hydrogen, and an alkaline earth metal, and the hydrogen content and the alkaline earth metal content change smoothly in the layer thickness direction. Further, as a desirable variation, a valence electron controlling agent (group V or VI atom of the periodic table) serving as a donor and a valence electron controlling agent (group III atom of the periodic table) serving as an acceptor are both contained. It is more preferable that the valence electron control agent is increased on the p-type layer side and the n-type layer side.

【0111】またp型の価電子制御剤とn型の価電子制
御剤を互いに補償するように含有させるのが好ましいも
のである。i型層に導入される周期律表第III族原子
及び第V族原子及び第VI族原子の導入量はそれぞれ5
00ppm以下が好ましい範囲として挙げられる。i型
層に含有される水素(H、D)及びフッ素は、i型層の
未結合手を補償する働きをし、i型層でのキャリアーの
移動度と寿命の積を向上させるものである。また界面の
界面準位を補償する働きをし、光起電力素子の光起電
力、光電流そして光応答性を向上させる効果のあるもの
である。i型層の水素及びフッ素含有量は1〜30at
%が最適な含有量として挙げられる。特に、界面側で水
素含有量が多くなっているものが好ましい分布形態とし
て挙げられ、バルク内の1.1〜3倍の範囲が好ましい
範囲として挙げられる。また、界面側でフッ素含有量が
少なくなっているものが好ましい分布形態として挙げら
れ、バルク内の0.3〜0.9倍の範囲が好ましい範囲
として挙げられる。酸素、窒素原子の導入量は0.1p
pm〜1%が好適な範囲である。
Further, it is preferable to contain a p-type valence electron control agent and an n-type valence electron control agent so as to compensate each other. The amounts of the group III atom, the group V atom, and the group VI atom introduced into the i-type layer were 5 and 5, respectively.
A preferred range is 00 ppm or less. Hydrogen (H, D) and fluorine contained in the i-type layer serve to compensate dangling bonds in the i-type layer and improve the product of carrier mobility and lifetime in the i-type layer. . Further, it has a function of compensating for the interface state of the interface, and has an effect of improving the photovoltaic power, the photocurrent and the photoresponsiveness of the photovoltaic device. Hydrogen and fluorine content of the i-type layer is 1 to 30 at
% Is mentioned as the optimum content. In particular, the one in which the hydrogen content is large on the interface side is mentioned as a preferable distribution form, and the range of 1.1 to 3 times in the bulk is mentioned as a preferable range. In addition, a preferable distribution form is one in which the fluorine content is small on the interface side, and a preferable range is 0.3 to 0.9 times in the bulk. Introduction amount of oxygen and nitrogen atoms is 0.1p
A preferable range is pm to 1%.

【0112】i型層の層厚は、光起電力素子の構造(例
えばシングルセル、タンデムセル、トリプルセル)及び
i型層のバンドギャップに大きく依存するが0.05〜
1.0μmが最適な層厚として挙げられる。本発明のi
型層は、堆積速度を2.5nm/sec以上に上げても
価電子帯側のテイルステイトが少ないものであって、テ
イルステイトの傾きは60meV以下であり、且つ電子
スピン共鳴(ESR)による未結合手の密度は1017
cm 3以下である。
The layer thickness of the i-type layer depends on the structure of the photovoltaic element (example
For example, single cell, tandem cell, triple cell) and
It depends largely on the band gap of the i-type layer, but is 0.05 to
The optimum layer thickness is 1.0 μm. I of the present invention
The mold layer has a deposition rate of 2.5 nm / sec or more.
There are few tail states on the valence band side,
The tilt of ilstate is 60 meV or less, and
The density of unbonded hands by spin resonance (ESR) is 1017/
cm 3It is the following.

【0113】i型層の形成にはMWCVD法を用い、望
ましくは前述したようにMWPCVD法においてRF電
力を同時に導入し、さらに望ましくは前述したようにM
WPCVD法においてRF電力とDCバイアスを同時に
導入する。バンドギャップの広いa−SiCからなる型
層を形成する場合はH2 、D2 、He等ガスで2〜10
0倍に原料ガスを希釈し、比較的高いMW電力を導入す
るのが好ましい。RF−i層 本発明の光起電力素子においてRF−i層は照射光に対
してキャリアを発生輸送する重要な層である。
The MWCVD method is used to form the i-type layer, preferably RF power is simultaneously introduced in the MWPCVD method as described above, and more preferably M mode as described above.
RF power and DC bias are introduced simultaneously in the WPCVD method. When forming a mold layer made of a-SiC having a wide band gap, it is 2 to 10 with a gas such as H 2 , D 2 and He.
It is preferable to dilute the source gas to 0 times and introduce a relatively high MW power. RF-i layer In the photovoltaic device of the present invention, the RF-i layer is an important layer for generating and transporting carriers for irradiation light.

【0114】RF−i層としては僅かにp型、僅かにn
型の層も使用でき、非晶質シリコン系半導体材料、ある
いは微結晶シリコン系半導体材料から構成される。非晶
質シリコン系半導体材料としては、例えばa−Si、a
−SiC、a−SiO、a−SiN、a−SiGe、a
−SiGeC、a−SiSn、a−SiSnC等が挙げ
られる。微結晶シリコン系半導体材料としては、例えば
μc−Si、μc−SiC、μc−SiGe、μc−S
iSn、μc−SiO、μc−SiN、μc−SiO
N、μc−SiOCN等が挙げられる。
The RF-i layer is slightly p-type and slightly n-type.
A mold layer can also be used and is composed of an amorphous silicon semiconductor material or a microcrystalline silicon semiconductor material. Examples of the amorphous silicon-based semiconductor material include a-Si and a.
-SiC, a-SiO, a-SiN, a-SiGe, a
-SiGeC, a-SiSn, a-SiSnC, etc. are mentioned. Examples of the microcrystalline silicon-based semiconductor material include μc-Si, μc-SiC, μc-SiGe, and μc-S.
iSn, μc-SiO, μc-SiN, μc-SiO
N, μc-SiOCN and the like can be mentioned.

【0115】図1−dのように光入射側のRF−i層と
してはa−Si、a−SiC、a−SiO、a−SiN
等の半導体材料を用いることによって光起電力素子の開
放電圧を向上できる。図1−eのように光入射側とは反
対側のRF−i層としてはa−Si、a−SiGe、a
−SiSn、a−SiGeC、a−SiSnC等の半導
体材料を用いることによって光起電力素子の短絡電流を
向上できる。
As shown in FIG. 1-d, the RF-i layer on the light incident side is a-Si, a-SiC, a-SiO, a-SiN.
The open circuit voltage of the photovoltaic element can be improved by using a semiconductor material such as. As shown in FIG. 1-e, the RF-i layer on the side opposite to the light incident side is a-Si, a-SiGe, a.
By using a semiconductor material such as -SiSn, a-SiGeC, or a-SiSnC, the short-circuit current of the photovoltaic element can be improved.

【0116】RF−i層に含有される水素(H、D)及
びフッ素は、i型層の未結合手を補償する働きをし、R
F−i層でのキャリアーの移動度と寿命の積を向上させ
るものである。また界面の界面準位を補償する働きを
し、光起電力素子の光起電力、光電流そして光応答性を
向上させる効果がある。RF−i層の水素及びフッ素含
有量は1〜30at%が最適な含有量として挙げられ
る。特に、界面側で水素含有量が多くなっているものが
好ましい分布形態として挙げられ、バルク内の含有量の
1.1〜3倍の範囲が好ましい範囲として挙げられる。
また、界面側でフッ素含有量が少なくなっているものが
好ましい分布形態として挙げられ、バルク内の含有量の
0.3〜0.9倍の範囲が好ましい範囲として挙げられ
る。
Hydrogen (H, D) and fluorine contained in the RF-i layer function to compensate dangling bonds in the i-type layer, and R
It is intended to improve the product of carrier mobility and lifetime in the F-i layer. It also has the effect of compensating for the interface state of the interface, and has the effect of improving the photovoltaic power, photocurrent, and photoresponsiveness of the photovoltaic device. The optimum content of hydrogen and fluorine in the RF-i layer is 1 to 30 at%. In particular, the one in which the hydrogen content is large on the interface side is mentioned as a preferable distribution form, and the range of 1.1 to 3 times the content in the bulk is mentioned as a preferable range.
In addition, a preferable distribution form is one in which the fluorine content is low on the interface side, and a preferable range is 0.3 to 0.9 times the content in the bulk.

【0117】別の望ましい形態としてはドナーとなる価
電子制御剤(周期律表第V族原子または/及び第VI族
原子)とアクセプターとなる価電子制御剤(周期律表第
III族原子)がともに含有されたものである。またド
ナーとなる価電子制御剤とアクセプターとなる価電子制
御剤を互いに補償するように含有するのが好ましいもの
である。RF−i層に導入される周期律表第III族原
子及び第V族原子及び第VI族原子の導入量はそれぞれ
600ppm以下が好ましい範囲として挙げられ、少な
くとも一方の界面で含有量が多くなっていることが望ま
しい。
As another desirable form, a valence electron control agent (group V atom and / or group VI atom of the periodic table) serving as a donor and a valence electron control agent (group III atom of the periodic table) serving as an acceptor are used. Both are included. Further, it is preferable to contain a valence electron control agent as a donor and a valence electron control agent as an acceptor so as to compensate each other. The amount of introduction of the group III atom, the group V atom, and the group VI atom of the periodic table introduced into the RF-i layer is preferably 600 ppm or less as a preferable range, and the content is increased at least at one interface. Is desirable.

【0118】酸素、窒素原子の導入量は0.1ppm〜
20%、微量に含有させる場合には0.1ppm〜1%
が好適な範囲である。RF−i層の層厚は0.5〜30
nm以下が最適な層厚として挙げられ、価電子帯側のテ
イルステイトが少ないものであって、テイルステイトの
傾きは55meV以下であり、且つ電子スピン共鳴(E
SR)による未結合手の密度は1017/cm3以下であ
る。透明電極 透明電極はインジウム酸化物(In23 )、スズ酸化
物(SnO2 )、ITO(In23 +SnO2 )が適
した材料であり、これらの材料にフッ素を含有させても
良い。
The amount of oxygen and nitrogen atoms introduced is 0.1 ppm to
20%, 0.1ppm to 1% when contained in a trace amount
Is a preferable range. The layer thickness of the RF-i layer is 0.5 to 30.
The optimum layer thickness is nm or less, the tail state on the valence band side is small, the slope of the tail state is 55 meV or less, and the electron spin resonance (E
The density of dangling bonds by SR) is 10 17 / cm 3 or less. Transparent electrode Indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), ITO (In 2 O 3 + SnO 2 ) are suitable materials for the transparent electrode, and these materials may contain fluorine. .

【0119】透明電極の堆積にはスパッタリング法と真
空蒸着法が最適な堆積方法である。スパッタリング法で
堆積する場合、金属ターゲット、あるいは酸化物ターゲ
ット等のターゲットを適宜組み合わせて用いられる。ス
パッタリング法で堆積する場合、基板温度は重要な因子
であって、20℃〜600℃が好ましい範囲として挙げ
られる。また透明電極をスパッタリング法で堆積する場
合のスパッタリング用のガスとして、Arガス等の不活
性ガスが挙げられる。また前記不活性ガスに酸素ガス
(O2 )を必要に応じて添加することが好ましいもので
ある。特に金属をターゲットにしている場合、酸素ガス
(O2)は必須のものである。さらに前記不活性ガス等
によってターゲットをスパッタリングする場合、放電空
間の圧力は効果的にスパッタリングを行うために、0.
1〜50mtorrが好ましい範囲として挙げられる。
透明電極の堆積速度は、放電空間内の圧力や放電電力に
依存し、最適な堆積速度としては、0.01〜10nm
/secの範囲である。
The sputtering method and the vacuum evaporation method are the most suitable deposition methods for depositing the transparent electrode. When depositing by a sputtering method, a target such as a metal target or an oxide target is appropriately combined and used. When depositing by a sputtering method, the substrate temperature is an important factor, and 20 ° C. to 600 ° C. is mentioned as a preferable range. Further, as a gas for sputtering when depositing the transparent electrode by a sputtering method, an inert gas such as Ar gas can be used. Further, it is preferable to add oxygen gas (O 2 ) to the inert gas as needed. Especially when a metal is used as a target, oxygen gas (O 2 ) is essential. Further, when the target is sputtered with the inert gas or the like, the pressure in the discharge space is set to 0.
1-50 mtorr is mentioned as a preferable range.
The deposition rate of the transparent electrode depends on the pressure in the discharge space and the discharge power, and the optimum deposition rate is 0.01 to 10 nm.
The range is / sec.

【0120】真空蒸着法において透明電極を堆積するの
に適した蒸着源としては、金属スズ、金属インジウム、
インジウム−スズ合金が挙げられる。また透明電極を堆
積するときの基板温度としては25℃〜600℃の範囲
が適した範囲である。さらに、酸素ガス(O2 )を導入
し、圧力が5×10-5torr〜9×10-4torrの
範囲で堆積することが必要である。この範囲の酸素を導
入することによって蒸着源から気化した前記金属が気相
中の酸素と反応して良好な透明電極が堆積される。上記
条件による透明電極の好ましい堆積速度の範囲としては
0.01〜10nm/secである。堆積速度が0.0
1nm/sec未満であると生産性が低下し10nm/
secより大きくなると粗な膜となり透過率、導電率や
密着性が低下する。
Suitable vapor deposition sources for depositing transparent electrodes in the vacuum vapor deposition method include metallic tin, metallic indium, and
An indium-tin alloy is mentioned. Moreover, the range of 25 ° C. to 600 ° C. is a suitable range for the substrate temperature when depositing the transparent electrode. Further, it is necessary to introduce oxygen gas (O 2 ) and deposit at a pressure in the range of 5 × 10 −5 torr to 9 × 10 −4 torr. By introducing oxygen in this range, the metal vaporized from the vapor deposition source reacts with oxygen in the vapor phase to deposit a good transparent electrode. The preferable deposition rate range of the transparent electrode under the above conditions is 0.01 to 10 nm / sec. Deposition rate is 0.0
If it is less than 1 nm / sec, the productivity will decrease and 10 nm /
If it is larger than sec, a rough film is formed and the transmittance, the conductivity and the adhesion are lowered.

【0121】透明電極の層厚は、反射防止膜の条件を満
たすような条件に堆積するのが好ましいものである。具
体的な透明電極の層厚としては50〜500nmが好ま
しい範囲として挙げられる。集電電極 光起電力層であるi型層により多くの光を入射させ、発
生したキャリアを効率よく電極に集めるためには、集電
電極の形(光の入射方向から見た形)、及び材質は重要
である。通常、集電電極の形は櫛型が使用され、その線
幅、線数などは、光起電力素子の光入射方向から見た
形、及び大きさ、集電電極の材質などによって決定され
る。線幅は通常、0.1mm〜5mm程度である。集電
電極の材質としてはFe、Cr、Ni、Au、Ti、P
d、Ag、Al、Cu、AlSi、C(グラファイト)
等が用いられ、通常比抵抗の小さい、Ag、Cu、A
l、Cr、Cなどの金属、あるいはこれらの合金が適し
ている。
The layer thickness of the transparent electrode is preferably deposited under conditions that satisfy the conditions of the antireflection film. As a specific layer thickness of the transparent electrode, 50 to 500 nm is mentioned as a preferable range. Current collector electrode In order to allow more light to enter the i-type layer, which is a photovoltaic layer, and to efficiently collect the generated carriers in the electrode, the shape of the current collector electrode (the shape viewed from the light incident direction), and Material is important. Usually, a comb-shaped collector electrode is used, and the line width, the number of wires, etc. are determined by the shape and size of the photovoltaic element viewed from the light incident direction, the material of the collector electrode, and the like. . The line width is usually about 0.1 mm to 5 mm. The material of the collector electrode is Fe, Cr, Ni, Au, Ti, P
d, Ag, Al, Cu, AlSi, C (graphite)
Etc. are used, and Ag, Cu, A, which usually has a small specific resistance,
Metals such as 1, Cr, C, and alloys thereof are suitable.

【0122】集電電極の層構造としては単一の層からな
るものであってもよいし、さらには複数の層からなるも
のであってもよい。これらの金属は、真空蒸着法、スパ
ッタリング法、メッキ法、印刷法等で形成するのが望ま
しい。真空蒸着法で形成する場合、集電電極形状をなし
たマスクを透明電極上に密着させ、真空中で所望の金属
蒸着源を電子ビームまたは抵抗加熱で蒸発させ、透明電
極上に所望の形状をした集電電極を形成する。
The layer structure of the collector electrode may be composed of a single layer, or may be composed of a plurality of layers. These metals are preferably formed by a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, a plating method, a printing method, or the like. When forming by the vacuum deposition method, a mask having a collector electrode shape is adhered to the transparent electrode, and a desired metal deposition source is evaporated in a vacuum by electron beam or resistance heating to form the desired shape on the transparent electrode. The collector electrode is formed.

【0123】スパッタリング法で形成する場合、集電電
極形状をなしたマスクを透明電極上に密着させ、真空中
にArガスを導入し、所望の金属スパッタターゲットに
DCを印加し、グロー放電を発生させることによって、
金属をスパッタさせ、透明電極上に所望の形状をした集
電電極を形成する。印刷法で形成する場合には、Agペ
ースト、Alペースト、カーボンペーストをスクリーン
印刷機で印刷する。
In the case of forming by the sputtering method, a mask in the shape of a collecting electrode is brought into close contact with the transparent electrode, Ar gas is introduced into a vacuum, DC is applied to a desired metal sputter target, and glow discharge is generated. By letting
A metal is sputtered to form a collector electrode having a desired shape on the transparent electrode. When forming by a printing method, Ag paste, Al paste, and carbon paste are printed by a screen printing machine.

【0124】これらの金属の層厚としては10nm〜
0.5nmが適した層厚として挙げられる。次に、発電
システムについて説明する。本発明の発電システムは、
本発明の光起電力素子と、該光起電力素子の電圧及び/
または電流をモニターし蓄電池及び/または外部負荷へ
の前記光起電力素子からの電力の供給を制御する制御シ
ステムと、前記光起電力素子からの電力の蓄積及び/ま
たは外部負荷への電力の供給を行う蓄電池と、から構成
されている。
The layer thickness of these metals is from 10 nm to
A suitable layer thickness is 0.5 nm. Next, the power generation system will be described. The power generation system of the present invention is
The photovoltaic element of the present invention, the voltage of the photovoltaic element, and / or
Alternatively, a control system that monitors current and controls supply of power from the photovoltaic element to a storage battery and / or an external load, and storage of power from the photovoltaic element and / or supply of power to an external load And a storage battery for performing.

【0125】図10は本発明の電力供給システムの1例
であって光起電力素子を利用した充電、および電力供給
用基本回路である。該回路は本発明の光起電力素子を太
陽電池モジュールとし、逆流防止用ダイオード(C
D)、電圧をモニターし電圧を制御する電圧制御回路
(定電圧回路)、蓄電池、負荷等から構成されている。
モジュール化するには平板上に接着シート、ナイロンシ
ートを乗せ、さらにその上に作製した本発明の光起電力
素子を配列し、直列化および並列化を行い、さらにその
上に接着材シート、フッ素樹脂シートを乗せて、真空ラ
ミネートするとよい。
FIG. 10 shows an example of a power supply system of the present invention, which is a basic circuit for charging and power supply using a photovoltaic element. In this circuit, the photovoltaic element of the present invention is used as a solar cell module and a backflow prevention diode (C
D), a voltage control circuit (constant voltage circuit) that monitors the voltage and controls the voltage, a storage battery, a load, and the like.
To form a module, an adhesive sheet and a nylon sheet are placed on a flat plate, and the photovoltaic elements of the present invention are further arranged on the flat sheet, serialized and parallelized, and further, an adhesive sheet and fluorine It is advisable to place a resin sheet and vacuum laminate.

【0126】逆流防止用ダイオードとしては、シリコン
ダイオードやショットキダイオード等が適している。蓄
電池としては、ニッケルカドミニウム電池、充電式酸化
銀電池、鉛蓄電池、フライホイールエネルギー貯蔵ユニ
ット等が挙げられる。電圧制御回路は、電池が満充電に
なるまでは太陽電池の出力とほぼ等しく、満充電になる
と、充電制御ICにより充電電流をストップする。
A silicon diode, a Schottky diode, or the like is suitable as the backflow prevention diode. Examples of the storage battery include a nickel cadmium battery, a rechargeable silver oxide battery, a lead storage battery and a flywheel energy storage unit. The voltage control circuit is approximately equal to the output of the solar cell until the battery is fully charged, and when the battery is fully charged, the charging control IC stops the charging current.

【0127】このような光起電力素子を利用した発電シ
ステムは、自動車用のバッテリー充電システム、船用バ
ッテリー充電システム、街灯点灯システム、排気システ
ム等の電源として使用可能である。以上のように本発明
の光起電力素子を太陽電池として使用した電源システム
は、長期間安定して使用でき、且つ太陽電池に照射され
る照射光が変動する場合においても光起電力素子として
充分に機能することから、優れた安定性を示すものであ
る。
A power generation system using such a photovoltaic element can be used as a power source for a battery charging system for automobiles, a battery charging system for ships, a streetlight lighting system, an exhaust system and the like. As described above, the power supply system using the photovoltaic element of the present invention as a solar cell can be stably used for a long period of time, and is sufficient as a photovoltaic element even when the irradiation light applied to the solar cell changes. It exhibits excellent stability because it functions as a.

【0128】[0128]

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照してさら
に詳細に説明する。非単結晶シリコン系半導体材料から
なる太陽電池およびフォトダイオードの作製によって本
発明の光起電力素子を詳細に説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではない。
Embodiments of the present invention will now be described in more detail with reference to the drawings. The photovoltaic element of the present invention will be described in detail by making a solar cell and a photodiode made of a non-single crystal silicon-based semiconductor material, but the present invention is not limited thereto.

【0129】[請求項2に係わる実施例] (実施例1)図4に示す堆積装置を用いて図1−bの構
成の太陽電池を作製した。n型層はRFPCVD法で形
成した。まず、基板の作製を行った。厚さ0.5mm、
50×50mのステンレス基板をアセトンとイソプロパ
ノールで超音波洗浄し、温風乾燥させた。スパッタリン
グ法を用いて室温でステンレス基板表面上に層厚0.3
μmのAgの光反射層とその上に350℃で層厚1.0
μmのZnOの反射増加層を形成し、基板の作製を終え
た。
Example of Claim 2 (Example 1) Using the deposition apparatus shown in FIG. 4, a solar cell having the structure shown in FIG. 1-b was produced. The n-type layer was formed by the RFPCVD method. First, a substrate was manufactured. Thickness 0.5 mm,
A 50 × 50 m stainless steel substrate was ultrasonically cleaned with acetone and isopropanol, and dried with warm air. Layer thickness 0.3 on the surface of stainless steel substrate at room temperature using the sputtering method.
μm Ag light reflection layer and a layer thickness of 1.0 at 350 ° C.
A reflection-increasing layer of ZnO having a thickness of μm was formed, and the fabrication of the substrate was completed.

【0130】次に、堆積装置400はMWPCVD法と
RFPCVD法の両方を実施することができ、さらに同
時にアルカリ土類金属のスパッタリングも実施すること
ができる。これを用いて、反射増加層上に各半導体層を
形成した。堆積装置には不図示の原料ガス供給装置がガ
ス導入管を通して接続されている。原料ガスボンベはい
ずれも超高純度に精製されたもので、SiH4 ガスボン
ベSiF4 ガスボンベ、CH4 ガスボンベ、GeH4
スボンベ、GeF4 ガスボンベ、SnH4 ガスボンベ、
PH3 /H2 (希釈度:100ppm)ガスボンベ、B
26 /H2 (希釈度:100ppm)ガスボンベ、H
2 ガスボンベ、Heガスボンベ、O2 /Heのガスボン
ベ、N2 /Heのガス、100℃に加熱したMg(NO
32 ・6H2 Oの液体ボンベを接続した。この液体ボ
ンベには上記Heガスボンベとは別のHeガスボンベが
接続されており、Heガスでバブリングすることができ
る。ターゲットにはMgを用い、ターゲット電極に装着
し、ターゲット電源にはRF電源を用いた。
Next, the deposition apparatus 400 can carry out both the MWPCVD method and the RFPCVD method, and can carry out the sputtering of alkaline earth metal at the same time. Using this, each semiconductor layer was formed on the reflection increasing layer. A source gas supply device (not shown) is connected to the deposition device through a gas introduction pipe. All of the raw material gas cylinders were refined to ultra-high purity. SiH 4 gas cylinders SiF 4 gas cylinders, CH 4 gas cylinders, GeH 4 gas cylinders, GeF 4 gas cylinders, SnH 4 gas cylinders,
PH 3 / H 2 (dilution: 100 ppm) gas cylinder, B
2 H 6 / H 2 (dilution: 100 ppm) gas cylinder, H
2 gas cylinder, He gas cylinder, O 2 / He gas cylinder, N 2 / He gas, Mg (NO) heated to 100 ° C.
3) Connect fluid cylinders 2 · 6H 2 O. A He gas cylinder different from the He gas cylinder is connected to the liquid cylinder, and He gas can be bubbled. Mg was used as the target, was attached to the target electrode, and the target power source was the RF power source.

【0131】次に、反射層と反射増加層が形成されてい
る基板404の裏面をヒーター405に密着させ、堆積
室401のリークバルブ409を閉じ、コンダクタンス
バルブ407を全開にして、不図示の真空排気ポンプに
より堆積室401内を圧力が約1×10-5Torrにな
るまで真空排気した。以上のようにして成膜の準備が完
了した後、基板404上に、μc−SiからなるRFn
型層、a−Siからなるi型層、a−SiCからなるR
Fp型層、a−SiCからなるMWp型層を順次形成し
た。
Next, the back surface of the substrate 404 on which the reflection layer and the reflection increasing layer are formed is brought into close contact with the heater 405, the leak valve 409 in the deposition chamber 401 is closed, the conductance valve 407 is fully opened, and a vacuum not shown is shown. The inside of the deposition chamber 401 was evacuated by the exhaust pump until the pressure became about 1 × 10 −5 Torr. After the preparation for film formation is completed as described above, RFn made of μc-Si is formed on the substrate 404.
Type layer, i-type layer made of a-Si, R made of a-SiC
An Fp type layer and an MWp type layer made of a-SiC were sequentially formed.

【0132】μc−SiからなるRFn型層を形成する
には、H2 ガスを堆積室401内に導入し、流量が30
0sccmになるようにマスフローコントローラーで調
整し、堆積室内の圧力が1.0Torrになるようにコ
ンダクタンスバルブで調整した。基板404の温度が3
50℃になるようにヒーター405を設定し、基板温度
が安定したところで、SiH4 ガス、PH3 /H2 ガス
を堆積室401内に流入させた。この時、SiH4 ガス
流量が2sccm、H2 ガス流量が100sccm、P
3 /H2 ガス流量が200sccm、堆積室内の圧力
は1.0Torrとなるように調整した。RF電源の電
力を0.02W/cm3 設定し、バイアス電極410に
RF電力を導入し、グロー放電を生起させ、シャッター
を開け、基板上にRFn型層の形成を開始し、層厚20
nmのRFn型層を形成したところでシャッターを閉
じ、RF電源を切って、グロー放電を止め、RFn型層
の形成を終えた。堆積室内へのSiH4 ガス、PH3
2 の流入を止め、5分間、堆積室内へH2 ガスを流し
続けたのち、H2 の流入も止め、堆積室内およびガス配
管内を1×10-5Torrまで真空排気した。
To form the RFn-type layer made of μc-Si, H 2 gas was introduced into the deposition chamber 401 and the flow rate was 30%.
The mass flow controller adjusted the pressure to 0 sccm, and the conductance valve adjusted the pressure in the deposition chamber to 1.0 Torr. Substrate 404 temperature is 3
The heater 405 was set to 50 ° C., and when the substrate temperature became stable, SiH 4 gas and PH 3 / H 2 gas were caused to flow into the deposition chamber 401. At this time, the SiH 4 gas flow rate is 2 sccm, the H 2 gas flow rate is 100 sccm, and P
The H 3 / H 2 gas flow rate was adjusted to 200 sccm, and the pressure inside the deposition chamber was adjusted to 1.0 Torr. The power of the RF power source was set to 0.02 W / cm 3 , the RF power was introduced to the bias electrode 410 to cause glow discharge, the shutter was opened, the formation of the RFn type layer on the substrate was started, and the layer thickness 20
After forming the RFn-type layer of nm, the shutter was closed, the RF power supply was turned off, the glow discharge was stopped, and the formation of the RFn-type layer was completed. SiH 4 gas in the deposition chamber, PH 3 /
Stopping the flow of H 2, 5 minutes, after which continued to flow H 2 gas into the deposition chamber, the flow of H 2 is also stopped, and vacuum evacuating the deposition chamber and the gas in the pipe up to 1 × 10 -5 Torr.

【0133】a−Siからなるi型層はMWPCVD法
とアルカリ土類金属のスパッタリングを同時に行うこと
によって形成した。まず、H2 ガスを300sccm導
入し、圧力が0.01Torr、基板404の温度が3
50℃になるようにした。基板温度が安定したところ
で、SiH4 ガス、Heガス、B26 /H2 ガス、P
3 /H2 ガスを流入させ、SiH4 ガス流量が150
sccm、Heガス流量が150sccm、H2 ガス流
量が150sccm、B26 /H2 ガス流量が2sc
cm、PH3 /H2 ガス流量が2sccmとし、堆積室
401内の圧力が0.01Torrとなるように調整し
た。次にRF電源の電力を0.32W/cm3 に設定
し、バイアス電極に印加した。その後、不図示のMW電
源の電力を0.20W/cm3 に設定し、誘電体窓41
3を通して堆積室内にMW電力を導入し、グロー放電を
生起させた。次にターゲット電源の電力を200Wに設
定し、ターゲットシャッター416を開け、シャッター
を開け、RFn型層上にi型層の形成を開始した。層厚
300nmのi型層を形成したところで、シャッター、
ターゲットシャッターを閉じ、MW電源、RF電源、タ
ーゲット電源を切ってグロー放電を止め、i型層の形成
を終えた。SiH4 ガス、Heガス、B26 /H2
ス、PH3 /H2 ガスの流入を止め、5分間H2 ガスを
流し続けた後、H 2 ガスの流入も止め、堆積室内及びガ
ス配管内を1×10-5Torrまで真空排気した。
The i-type layer made of a-Si is formed by the MWPCVD method.
And alkaline earth metal sputtering at the same time
Formed by. First, H2 Conduct gas at 300 sccm
The pressure is 0.01 Torr and the temperature of the substrate 404 is 3
It was adjusted to 50 ° C. Where the substrate temperature is stable
And SiHFour Gas, He gas, B2 H6 / H2 Gas, P
H3 / H2 Inflow gas, SiHFour Gas flow rate is 150
sccm, He gas flow rate is 150 sccm, H2 Gas flow
The amount is 150 sccm, B2 H6 / H2 Gas flow rate is 2sc
cm, PH3 / H2 Gas flow rate is 2 sccm, deposition chamber
Adjust the pressure inside 401 to 0.01 Torr
It was Next, the power of the RF power source is 0.32 W / cm3Set to
And applied to the bias electrode. After that, MW
Source power 0.20 W / cm3To the dielectric window 41.
Introduce MW power into the deposition chamber through 3 to generate glow discharge.
Raised. Next, set the target power to 200W.
Open the target shutter 416,
Then, the i-type layer was formed on the RF n-type layer. Layer thickness
After forming the i-type layer of 300 nm, the shutter,
Close the target shutter, MW power supply, RF power supply,
Power off to stop glow discharge and form i-type layer
Finished. SiHFour Gas, He gas, B2 H6 / H2 Moth
Su, PH3 / H2 Stop gas inflow for 5 minutes H2 Gas
After continuing to flow, H 2 Stop the inflow of gas, and
1 x 10 inside the piping-FiveEvacuated to Torr.

【0134】a−SiCからなるRFp型層を形成する
には、H2 ガスを300sccm導入し、圧力が1.0
Torr、基板温度が200℃になるようにした。基板
温度が安定したところで、SiH4 ガス、CH4 ガス、
26 /H2 ガスを堆積室401内に流入させ、Si
4 ガス流量が5sccm、CH4 ガス流量が1scc
m、H2 ガス流量が100sccm、B26 /H2
ス流量が200sccm、圧力が1.0Torrとなる
ように調整した。RF電源の電力を0.06W/cm3
に設定し、グロー放電を生起させ、シャッターを開け、
i型層上にRFp型層の形成を開始した。層厚10nm
のRFp型層を形成したところでシャッターを閉じ、R
F電源を切って、グロー放電を止め、RFp型層の形成
を終えた。 堆積室内へのSiH4 ガス、CH4 ガス、
26 /H2 ガスの流入を止め、5分間、H2 ガスを
流し続けたのち、H2 ガスの流入も止め、堆積室内およ
びガス配管内を1×10-5Torrまで真空排気した。
To form an RF p-type layer made of a-SiC, H 2 gas was introduced at 300 sccm and the pressure was 1.0.
Torr and the substrate temperature were set to 200 ° C. When the substrate temperature is stable, SiH 4 gas, CH 4 gas,
B 2 H 6 / H 2 gas is caused to flow into the deposition chamber 401, and Si
H 4 gas flow rate is 5 sccm, CH 4 gas flow rate is 1 sccc
m, H 2 gas flow rate was 100 sccm, B 2 H 6 / H 2 gas flow rate was 200 sccm, and pressure was adjusted to 1.0 Torr. RF power of 0.06W / cm 3
, Glow discharge, open the shutter,
The formation of the RF p-type layer on the i-type layer was started. Layer thickness 10 nm
When the RF p-type layer is formed, the shutter is closed and R
The F power source was turned off to stop the glow discharge, and the formation of the RF p-type layer was completed. SiH 4 gas, CH 4 gas in the deposition chamber,
The inflow of B 2 H 6 / H 2 gas was stopped, H 2 gas was continued to flow for 5 minutes, then the inflow of H 2 gas was stopped, and the deposition chamber and the gas pipe were evacuated to 1 × 10 −5 Torr. .

【0135】a−SiCからなるMWp型層を形成する
には、H2 ガスを500sccm導入し、堆積室内の圧
力が0.02Torr、基板温度が200℃になるよう
に設定した。基板温度が安定したところでSiH4
ス、CH4 ガス、B26 /H 2 ガスを流入させた。こ
の時、SiH4 ガス流量が10sccm、CH4 ガス流
量が2sccm、H2 ガス流量が100sccm、B2
6 /H2 ガス流量が500sccm、圧力が0.02
Torrとなるように調整した。その後、不図示のMW
電源の電力を0.40W/cm3 に設定し、誘電体窓を
通してMW電力を導入し、グロー放電を生起させ、シャ
ッターを開け、RFp型層上にMWp型層の形成を開始
した。層厚10nmのMWp型層を形成したところで、
シャッターを閉じ、MW電源を切ってグロー放電を止
め、MWp型層の形成を終えた。SiH4 ガス、CH4
ガス、B26 /H2 ガスの流入を止め、5分間、H2
ガスを流し続けたのち、H2 ガスの流入も止め、堆積室
内およびガス配管内を1×10 -5Torrまで真空排気
し、補助バルブ408を閉じ、リークバルブ409を開
けて、堆積室をリークした。
A MWp type layer made of a-SiC is formed.
To H2 Gas is introduced at 500 sccm and pressure in the deposition chamber is increased.
Force of 0.02 Torr and substrate temperature of 200 ℃
Set to. SiH when the substrate temperature is stableFour Moth
Su, CHFour Gas, B2 H6 / H 2 Gas was flowed in. This
When, SiHFour Gas flow rate is 10 sccm, CHFour Gas flow
2 sccm, H2 Gas flow rate is 100 sccm, B2 
H6 / H2 Gas flow rate is 500 sccm, pressure is 0.02
It was adjusted to be Torr. After that, MW not shown
The power of the power supply is 0.40 W / cm3Set the dielectric window to
MW power is introduced through the
To open the MWp type layer on the RFp type layer.
did. When a MWp type layer having a layer thickness of 10 nm is formed,
Close the shutter and turn off the MW power to stop glow discharge.
Therefore, the formation of the MWp type layer was completed. SiHFour Gas, CHFour 
Gas, B2 H6 / H2 Stop gas inflow for 5 minutes, H2 
After continuing to flow the gas, H2 Stop gas inflow, deposit chamber
1 × 10 inside and inside gas pipe -FiveVacuum exhaust to Torr
Then close the auxiliary valve 408 and open the leak valve 409.
Then, the deposition chamber leaked.

【0136】次に、MWp型層上に透明電極として、層
厚70nmのITOを真空蒸着法で真空蒸着した。次に
透明電極上に櫛型の穴が開いたマスクを乗せ、Cr(4
0nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)か
らなる櫛型の集電電極を真空蒸着法で真空蒸着した。
Next, ITO having a layer thickness of 70 nm was vacuum-deposited on the MWp type layer by a vacuum vapor deposition method as a transparent electrode. Next, a mask with comb-shaped holes was placed on the transparent electrode, and Cr (4
A comb-shaped collector electrode composed of 0 nm) / Ag (1000 nm) / Cr (40 nm) was vacuum-deposited by a vacuum deposition method.

【0137】以上で太陽電池の作製を終えた。この太陽
電池を(SC実1)と呼ぶことにし、RFn型層、i型
層、RFp型層、MWp型層の形成条件を表1に示す。 (比較例1−1)i型層を形成する際、PH3 /H2
スを流入しない以外は実施例1と同じ条件で太陽電池
(SC比1−1)を作製した。
The fabrication of the solar cell was completed as described above. This solar cell will be called (SC Ex 1), and Table 1 shows the conditions for forming the RFn-type layer, the i-type layer, the RFp-type layer, and the MWp-type layer. (Comparative Example 1-1) A solar cell (SC ratio 1-1) was produced under the same conditions as in Example 1 except that PH 3 / H 2 gas was not introduced when forming the i-type layer.

【0138】(比較例1−2)i型層を形成する際、B
26 /H2 ガスを流入しない以外は実施例1と同じ条
件で太陽電池(SC比1−2)を作製した。 (比較例1−3)RFp型層は形成せず、MWp型層の
層厚は20nmとする以外は実施例1と同じ条件で太陽
電池(SC比1−3)を作製した。
Comparative Example 1-2 When forming the i-type layer, B
A solar cell (SC ratio 1-2) was produced under the same conditions as in Example 1 except that 2 H 6 / H 2 gas was not introduced. (Comparative Example 1-3) A solar cell (SC ratio 1-3) was produced under the same conditions as in Example 1 except that the RFp type layer was not formed and the layer thickness of the MWp type layer was 20 nm.

【0139】太陽電池(SC実1)及び(SC比1−
1)〜(SC比1−3)はそれぞれ6個づつ作製し、初
期光電変換効率(光起電力/入射光電力)、振動劣化、
光劣化、及び順バイアス電圧印加時の振動劣化、光劣化
の測定を行った。初期光電変換効率の測定は、作製した
太陽電池をAM−1.5(100mW/cm2)光照射
下に設置して、V−1特性を測定することにより得られ
る。測定の結果、(SC実1)に対して(SC比1−
1)〜(SC比1−3)の初期光電変換効率は以下のよ
うになった。 (SC比1−1) 0.94倍 (SC比1−2) 0.92倍 (SC比1−3) 0.93倍 振動劣化の測定は、予め初期光電変換効率を測定してお
いた太陽電池を湿度50%、温度25℃の暗所に設置
し、振動周波数60Hzで振幅0.1mmの振動を50
0時間加えた後の、AM1.5(100mW/cm2
照射下での光電変換効率の低下率(振動劣化試験後の光
電変換効率/初期光電変換効率)により行った。
Solar cells (SC Ex 1) and (SC ratio 1-
1) to (SC ratio 1 to 3) were prepared in 6 pieces, and initial photoelectric conversion efficiency (photovoltaic power / incident light power), vibration deterioration,
Photodegradation, vibration degradation when applying a forward bias voltage, and photodegradation were measured. The initial photoelectric conversion efficiency can be measured by placing the manufactured solar cell under AM-1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation and measuring the V-1 characteristic. As a result of the measurement, (SC ratio 1−) (SC ratio 1−
The initial photoelectric conversion efficiencies of 1) to (SC ratio 1-3) are as follows. (SC ratio 1-1) 0.94 times (SC ratio 1-2) 0.92 times (SC ratio 1-3) 0.93 times For the measurement of vibration deterioration, the initial photoelectric conversion efficiency was measured in advance. The solar cell is installed in a dark place with a humidity of 50% and a temperature of 25 ° C, and a vibration with an oscillation frequency of 60 Hz and an amplitude of 0.1 mm is 50
AM1.5 (100 mW / cm 2 ) after adding for 0 hours
It was determined by the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency under irradiation (photoelectric conversion efficiency after vibration deterioration test / initial photoelectric conversion efficiency).

【0140】光劣化の測定は、予め初期光電変換効率を
測定しておいた太陽電池を湿度50%、温度25℃の環
境に設置しAM−1.5(100mW/cm2)照射下
での光電変換効率の低下率(振動劣化試験後の光電変換
効率/初期光電変換効率)により行った。測定の結果、
(SC実1)に対して(SC比1−1)〜(SC比1−
3)の光劣化後の光電変換効率の低下率、及び振動劣化
後の光電変換効率の低下率は以下のようになった。
Photodegradation was measured by setting a solar cell whose initial photoelectric conversion efficiency had been measured in advance in an environment of humidity 50% and temperature 25 ° C. and irradiating AM-1.5 (100 mW / cm 2 ). The rate of decrease in photoelectric conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency after vibration deterioration test / initial photoelectric conversion efficiency) was used. As a result of the measurement,
(SC ratio 1) to (SC ratio 1-1) to (SC ratio 1-
The reduction rate of the photoelectric conversion efficiency after the photodegradation and the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency after the vibration degradation of 3) are as follows.

【0141】 順バイアスを印加して振動劣化、及び光劣化の測定を行
った。予め初期光電変換効率を測定しておいた2つの太
陽電池を湿度50%、温度25℃の暗所に設置し、順方
向バイアス電圧として0.8Vを印加した。一方の太陽
電池には上記の振動を与えて、振動劣化を測定し、さら
にもう一方の太陽電池にはAM1.5の光を照射して、
光劣化の測定を行った。測定の結果、(SC実1)に対
して(SC比1−1)〜(SC比1−3)の振動劣化後
の光電変換効率の低下率、及び光劣化後の光電変換効率
の低下率は以下のようになった。
[0141] A forward bias was applied and vibration deterioration and light deterioration were measured. Two solar cells whose initial photoelectric conversion efficiencies were measured in advance were placed in a dark place at a humidity of 50% and a temperature of 25 ° C., and a forward bias voltage of 0.8 V was applied. The above vibration was applied to one solar cell to measure the vibration deterioration, and the other solar cell was irradiated with light of AM1.5,
The photodegradation was measured. As a result of the measurement, the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency after the vibration deterioration of (SC ratio 1-1) to (SC ratio 1-3) and the reduction rate of the photoelectric conversion efficiency after the light deterioration with respect to (SC Ex 1) Became as follows.

【0142】 光学顕微鏡を用いて層剥離の様子を観察した。(SC実
1−1)、(SC比1−1)(SC比1−2)では層剥
離は見られなかったが、(SC比1−3)では層剥離が
僅かに見られた。
[0142] The state of delamination was observed using an optical microscope. In (SC Ex 1-1) and (SC Ratio 1-1) (SC Ratio 1-2), no layer separation was observed, but in (SC Ratio 1-3), slight layer separation was observed.

【0143】次に2次イオン質量分析装置(SIMS)
を用いて、作製した(SC実1)、(SC比1−1)〜
(SC比1−3)のP(リン)、及びB(ホウ素)の含
有量を求めたところ、以下のようになった。 また、高温度環境における振動劣化、光劣化、及び高湿
度環境における振動劣化、光劣化を測定したが、同様に
(SC実1)が(SC比1−1)〜(SC比1−3)よ
りも優れた特性を有していた。
Next, a secondary ion mass spectrometer (SIMS)
(SC Ex 1), (SC Ratio 1-1) to
The contents of P (phosphorus) and B (boron) of (SC ratio 1-3) were calculated as follows. Also, vibration deterioration in a high temperature environment, light deterioration, and vibration deterioration in a high humidity environment, and light deterioration were measured. Similarly, (SC Ex 1) is (SC Ratio 1-1) to (SC Ratio 1-3). Had better properties than.

【0144】さらに、上記の環境で順バイアス印加した
場合も、同様に(SC実1)が(SC比1−1)〜(S
C比1−3)よりも優れた特性を有していた。以上のよ
うに本実施例の太陽電池(SC実1)が従来の太陽電池
(SC比1−1)〜(SC比1−3)よりもさらに優れ
た特性を有することが分かった。 (実施例2)i型層内の価電子制御剤の含有量が層厚方
向になめらかに変化し、且つp型層側で含有量が多い太
陽電池(SC実2)を作製した。PH3 /H2 ガス流
量、B 26 /H2 ガス流量を図5のように時間的に変
化させた以外は実施例1と同じ条件で太陽電池(SC実
2)を作製した。まず、実施例1と同様にSIMSで
P、Bの含有量を求めたところ、図2−aのようになっ
ていることが分かった。実施例1と同様な測定を行った
ところ、(SC実2)の太陽電池は(SC実1)よりも
さらに優れた特性を有することが分かった。
Further, a forward bias was applied in the above environment.
In the same manner, (SC Ex 1) is (SC Ratio 1-1) to (S
It had characteristics superior to C ratio 1-3). That's all
The solar cell of this embodiment (SC Ex 1) is a conventional solar cell.
Even better than (SC ratio 1-1) to (SC ratio 1-3)
It was found to have the following characteristics. (Example 2) Content of valence electron control agent in i-type layer is layer thickness
It changes smoothly and has a large content on the p-type layer side.
A positive battery (SC Ex 2) was produced. PH3 / H2 Gas flow
Quantity, B 2 H6 / H2 As shown in Fig. 5, change the gas flow rate with time.
Under the same conditions as in Example 1 except that the solar cell (SC
2) was produced. First, by SIMS as in the first embodiment.
When the contents of P and B were calculated, it was as shown in Fig. 2-a.
I found out. The same measurement as in Example 1 was performed
By the way, the solar cell of (SC Ex 2) is more than that of (SC Ex 1)
It was found to have even better properties.

【0145】(実施例3)図1−cの層構成を有するフ
ォトダイオード(PD実3)を作製した。まず、基板の
作製を行った。厚さ0.5mm、20×20mm2 のガ
ラス基板をアセトンとイソプロパノールで超音波洗浄
し、温風乾燥させ、真空蒸着法で室温にてガラス基板表
面上に層厚0.1μmのAlの光反射層を形成し、基板
の作製を終えた。
Example 3 A photodiode (PD Ex 3) having the layer structure shown in FIG. 1-c was produced. First, a substrate was manufactured. Ultrasonic cleaning a 0.5 × 20 mm × 20 × 20 mm 2 glass substrate with acetone and isopropanol, drying with warm air, and light reflection of Al with a layer thickness of 0.1 μm on the glass substrate surface at room temperature by vacuum deposition. The layers were formed and the fabrication of the substrate was completed.

【0146】実施例1と同様な方法で基板上にMWn型
層(a−SiC)、RFn型層(a−SiC)、i型層
(a−Si)、RFp型層(μc−SiC)を順次形成
した。半導体層の層形成条件を表2に示す。次に、RF
p型層上に実施例1と同様な透明電極と集電電極を形成
した。 (比較例3−1)i型層を形成する際、PH3 /H2
スを流入しない以外は実施例3と同じ条件でフォトダイ
オード(PD比3−1)を作製した。
The MWn type layer (a-SiC), RFn type layer (a-SiC), i type layer (a-Si), and RFp type layer (μc-SiC) were formed on the substrate in the same manner as in Example 1. It was formed sequentially. Table 2 shows the layer forming conditions of the semiconductor layer. Next, RF
A transparent electrode and a collector electrode similar to those in Example 1 were formed on the p-type layer. (Comparative Example 3-1) A photodiode (PD ratio 3-1) was produced under the same conditions as in Example 3 except that PH 3 / H 2 gas was not introduced when forming the i-type layer.

【0147】(比較例3−2)i型層を形成する際、B
26 /H2 ガスを流入しない以外は実施例3と同じ条
件でフォトダイオード(PD比3−2)を作製した。 (比較例3−3)RFn型層は形成せず、MWn型層の
層厚は40nmとする以外は実施例3と同じ条件でフォ
トダイオード(PD比3−3)を作製した。
(Comparative Example 3-2) When forming the i-type layer, B
A photodiode (PD ratio 3-2) was produced under the same conditions as in Example 3 except that 2 H 6 / H 2 gas was not introduced. (Comparative Example 3-3) A photodiode (PD ratio 3-3) was produced under the same conditions as in Example 3 except that the RFn type layer was not formed and the MWn type layer had a layer thickness of 40 nm.

【0148】まず作製したフォトダイオードのオンオフ
比(AM1.5光を照射したときの光電流/暗電流 測
定周波数10kHz)を測定した。これを初期オンオフ
比と呼ぶことにする。次に実施例1と同様な測定をオン
オフ比について行った。測定の結果、本実施例のフォト
ダイオード(PD実3)は従来のフォトダイオード(P
D比3−1)〜(PD比3−3)よりもさらに優れた特
性を有することが分かった。
First, the on / off ratio (photocurrent / dark current measurement frequency of 10 kHz when irradiated with AM1.5 light) of the manufactured photodiode was measured. This is called an initial on / off ratio. Next, the same measurement as in Example 1 was performed for the on / off ratio. As a result of the measurement, the photodiode (PD Ex 3) of this embodiment is the same as the conventional photodiode (P
It was found that the characteristics were further superior to those of D ratio 3-1) to (PD ratio 3-3).

【0149】(実施例4)n型層とp型層の積層順序を
逆にした、nip型構造を有する図1−bの太陽電池を
作製した。実施例1と同様に基板上にRFp型層(μc
−Si)、i型層(a−Si)、RFn型層(a−Si
C)、MWn型層(a−SiC)を形成した。i型層を
形成する際、ターゲット電力を時間的に変化させて、ア
ルカリ土類金属含有量が図2−aのように層厚方向に変
化させた。半導体層の層形成条件は表3に示す。
Example 4 A solar cell of FIG. 1-b having a nip type structure, in which the stacking order of the n type layer and the p type layer was reversed, was produced. As in Example 1, the RF p-type layer (μc
-Si), i-type layer (a-Si), RFn-type layer (a-Si)
C), a MWn type layer (a-SiC) was formed. When forming the i-type layer, the target power was changed with time to change the alkaline earth metal content in the layer thickness direction as shown in FIG. The layer forming conditions of the semiconductor layer are shown in Table 3.

【0150】半導体層以外の層および基板は実施例1と
同じ条件で太陽電池(SC4)を作製した。 (比較例4−1)i型層を形成する際、PH3 /H2
スを流入しない以外は実施例4と同じ条件で太陽電池
(SC比4−1)を作製した。
A solar cell (SC4) was produced under the same conditions as in Example 1 except for the semiconductor layer and the substrate. (Comparative Example 4-1) A solar cell (SC ratio 4-1) was produced under the same conditions as in Example 4 except that PH 3 / H 2 gas was not introduced when forming the i-type layer.

【0151】(比較例4−2)i型層を形成する際、B
26 /H2 ガスを流入しない以外は実施例4と同じ条
件で太陽電池(SC比4−2)を作製した。 (比較例4−3)RFn型層は形成せず、MWn型層の
層厚は20nmとする以外は実施例4と同じ条件で太陽
電池(SC比4−3)を作製した。
(Comparative Example 4-2) When forming the i-type layer, B
A solar cell (SC ratio 4-2) was produced under the same conditions as in Example 4 except that 2 H 6 / H 2 gas was not introduced. (Comparative Example 4-3) A solar cell (SC ratio 4-3) was produced under the same conditions as in Example 4 except that the RFn type layer was not formed and the MWn type layer had a layer thickness of 20 nm.

【0152】(実施例4−1)i型層を形成する際、R
F電力を時間的に変化させる以外は実施例4と同じ条件
で太陽電池(SC実4−1)を作製した。次にガラス基
板とシリコンウェハを用い、一定のRF電力を印加し、
他は実施例1と同じ条件でガラス基板、及びシリコンウ
ェハ上にi型層を1μm形成し、バンドギャップ測定
用、および赤外吸収スペクトル測定用サンプルとした。
さらにRF電力をいろいろと変えたサンプルをいくつか
作製した。分光光度計を用いて作製したガラス基板サン
プルのバンドギャップ(Eg)を求め、さらにシリコン
ウェハサンプルの赤外吸収スペクトルを測定し、水素含
有量を測定した。両者の結果を用いてi型層中の水素含
有量とバンドギャップの関係を求めておいた。
Example 4-1 When forming an i-type layer, R
A solar cell (SC Ex 4-1) was produced under the same conditions as in Example 4 except that the F power was changed with time. Next, using a glass substrate and a silicon wafer, applying a constant RF power,
Other than that, an i-type layer having a thickness of 1 μm was formed on a glass substrate and a silicon wafer under the same conditions as in Example 1 to obtain samples for bandgap measurement and infrared absorption spectrum measurement.
Furthermore, several samples with various RF powers were prepared. The band gap (Eg) of the glass substrate sample produced using a spectrophotometer was determined, and the infrared absorption spectrum of the silicon wafer sample was measured to measure the hydrogen content. The relationship between the hydrogen content in the i-type layer and the band gap was obtained using the results of both.

【0153】次に、2次イオン質量分析装置(SIM
S)を用いて、作製した(SC実4−1)の層厚方向に
対する水素含有量を求めたところ、図6−aのようにな
っていることが分かった。さらに水素含有量とバンドギ
ャップの関係を用いてこれらの層厚方向に対するバンド
ギャップの変化を求めたところ、図6−dのようになっ
ていることが分かった。
Next, a secondary ion mass spectrometer (SIM
When the hydrogen content in the layer thickness direction of the manufactured (SC Ex 4-1) was obtained using S), it was found that the result was as shown in FIG. 6-a. Further, when the change in the bandgap in the layer thickness direction was obtained using the relationship between the hydrogen content and the bandgap, it was found that it was as shown in FIG. 6-d.

【0154】同様に(SC実4)、(SC比4−1)〜
(SC比4−3)の水素含有量を求めたところ、層厚方
向に対する水素含有量の変化はなく、一定で、バンドギ
ャップは1.73(eV)であることが分かった。この
ように層厚方向に対する水素含有量、およびバンドギャ
ップの変化は、導入されるRF電力に依存することが分
かった。
Similarly (SC Ex 4), (SC Ratio 4-1)
When the hydrogen content of (SC ratio 4-3) was determined, it was found that the hydrogen content did not change in the layer thickness direction and was constant, and the band gap was 1.73 (eV). Thus, it was found that the changes in the hydrogen content and the band gap with respect to the layer thickness direction depend on the RF power to be introduced.

【0155】実施例1と同様な測定を行ったところ、本
実施例の太陽電池(SC実4)は従来の太陽電池(SC
比4−1)〜(SC比4−3)よりもさらに優れた特性
を有することが分かった。また(SC実4−1)は(S
C実4)よりもさらに優れた特性を有することが分かっ
た。 (実施例5)i型層のフッ素含有量が層厚方向になめら
かに変化し、RFp型層との界面近傍で含有量が最小と
なっている太陽電池を作製した。i型層を形成する際、
SiF4 ガス流量を1sccmから20sccmまで単
調に増加させて、図3−bのようなフッ素含有量の変化
パターンを得た。これ以外は実施例1と同じ条件で作製
した。実施例1と同様な測定を行ったところ、(SC実
5)は(SC実1)よりもさらに優れた特性を有するこ
とが分かった。
When the same measurement as in Example 1 was performed, it was confirmed that the solar cell of this example (SC Ex 4) was a conventional solar cell (SC Ex.
It was found that the characteristics are further superior to those of the ratios 4-1) to (SC ratio 4-3). Also, (SC Ex 4-1) is (S
It was found that it had even better characteristics than C Ex 4). (Example 5) A solar cell was produced in which the fluorine content of the i-type layer changed smoothly in the layer thickness direction, and the content was minimized near the interface with the RFp-type layer. When forming the i-type layer,
The SiF 4 gas flow rate was monotonically increased from 1 sccm to 20 sccm to obtain a change pattern of fluorine content as shown in FIG. Other than this, it produced on the same conditions as Example 1. When the same measurement as in Example 1 was performed, it was found that (SC Ex 5) had further excellent characteristics than (SC Ex 1).

【0156】(実施例6)MWp型層、RFp型層の界
面近傍で水素含有量が最大となっている太陽電池を作製
した。RFp型層を形成する際、RF電力を時間変化さ
せて、図6−bのような水素含有量の変化パターンを得
た。MWp型層を形成する際、MW電力を時間変化させ
て、図6−cのような水素含有量の変化パターンを得
た。これ以外は実施例1と同じ条件で作製した。実施例
1と同様な測定を行ったところ、(SC実6)は(SC
実1)よりもさらに優れた特性を有することが分かっ
た。
Example 6 A solar cell having a maximum hydrogen content near the interface between the MWp type layer and the RFp type layer was produced. At the time of forming the RF p-type layer, the RF power was changed with time to obtain a hydrogen content change pattern as shown in FIG. 6-b. When the MW p-type layer was formed, the MW power was changed with time to obtain a hydrogen content change pattern as shown in FIG. 6-c. Other than this, it produced on the same conditions as Example 1. When the same measurement as in Example 1 was performed,
It was found that it has even better characteristics than Ex 1).

【0157】(実施例7)MWp型層、RFp型層の界
面近傍で価電子制御剤の含有量が最大となっている太陽
電池を作製した。MWp型層、RFp型層を形成する
際、導入する価電子制御剤の原料ガスを時間変化させ
て、図12−cのようにB原子の含有量を変化させた。
これ以外は実施例1と同じ条件で作製した。実施例1と
同様な測定を行ったところ、(SC実7)は(SC実
1)よりもさらに優れた特性を有することが分かった。
Example 7 A solar cell in which the content of the valence electron control agent was maximum near the interface between the MWp type layer and the RFp type layer was produced. When forming the MWp type layer and the RFp type layer, the source gas of the valence electron control agent introduced was changed with time to change the content of B atoms as shown in FIG. 12-c.
Other than this, it produced on the same conditions as Example 1. When the same measurement as that of Example 1 was performed, it was found that (SC Ex 7) had further excellent characteristics than (SC Ex 1).

【0158】(実施例8)MWp型層、RFp型層にフ
ッ素を含有し、界面近傍でフッ素含有量が最小となって
いる太陽電池を作製した。MWp型層、RFp型層を形
成する際、新たにSiF4 ガスを導入し、流量を時間変
化させて、図3−aのようなフッ素含有量の変化パター
ンを得た。 これ以外は実施例1と同じ条件で作製し
た。実施例1と同様な測定を行ったところ、(SC実
8)は(SC実1)よりもさらに優れた特性を有するこ
とが分かった。
Example 8 A solar cell was prepared in which the MWp type layer and the RFp type layer contained fluorine, and the fluorine content was minimum near the interface. When forming the MWp type layer and the RFp type layer, SiF 4 gas was newly introduced and the flow rate was changed with time to obtain a change pattern of the fluorine content as shown in FIG. Other than this, it produced on the same conditions as Example 1. When the same measurement as in Example 1 was performed, it was found that (SC Ex 8) had even better characteristics than (SC Ex 1).

【0159】(実施例9)図1−aの構造を有する太陽
電池を作製した。実施例1と同様に基板上にMWn型層
(μc−Si)、RFn型層(a−Si)、i型層(a
−Si)、RFp型層(a−SiC)、MWp型層(μ
c−SiC)を順次積層した。i型層を形成する際、B
26 /H2 ガス流量、PH3 /H2 ガス流量は時間変
化させ、層厚方向に対するB、Pの含有量の変化が図2
−cとなるようにした。半導体層以外は実施例1と同じ
ものを用いた。作製した太陽電池(SC実9)は(SC
実1)よりもさらに優れた特性を有することが分かっ
た。
Example 9 A solar cell having the structure shown in FIG. 1-a was produced. As in Example 1, the MWn type layer (μc-Si), the RFn type layer (a-Si), and the i type layer (a) were formed on the substrate.
-Si), RFp type layer (a-SiC), MWp type layer (μ
c-SiC) was sequentially laminated. When forming the i-type layer, B
The 2 H 6 / H 2 gas flow rate and the PH 3 / H 2 gas flow rate are changed with time, and the changes in the B and P contents in the layer thickness direction are shown in FIG.
-C. The same material as in Example 1 was used except for the semiconductor layer. The manufactured solar cell (SC Ex 9) is (SC
It was found that it has even better characteristics than Ex 1).

【0160】(実施例10)i型層にa−SiGeを用
い、MWPCVD法を用いてアルカリ土類金属を含有さ
せた太陽電池を作製した。まず、図4のターゲット、タ
ーゲット電極、ターゲットシャッターを堆積室内から取
り除いた。i型層を形成する際、新たにGeH 4 ガスと
HeガスでバブリングしたMg(NO32 ・6H2
/Heガスを導入した。GeH4 ガス流量を30scc
mとし、Mg(NO32 ・6H2 O/Heガス流量は
時間的に変化させて、アルカリ土類金属含有量が図2−
bとなるように、i型層の層厚は250nmとした。他
の条件は実施例1と同じ条件で太陽電池(SC実10)
を作製した。
(Example 10) Use of a-SiGe for the i-type layer
, Containing alkaline earth metal using MWPCVD method
The prepared solar cell was produced. First, the target,
Target electrode and target shutter from the deposition chamber
Removed. When forming the i-type layer, a new GeH Four With gas
Mg bubbling with He gas (NO3 )2 ・ 6H2 O
/ He gas was introduced. GeHFour Gas flow rate is 30 scc
m, and Mg (NO3 )2 ・ 6H2 O / He gas flow rate is
Figure 2 shows that the alkaline earth metal content changes with time.
The thickness of the i-type layer was set to 250 nm so as to be b. other
The same conditions as in Example 1 were applied to the solar cell (SC Ex 10).
Was produced.

【0161】(比較例10−1)i型層を形成する際、
PH3 /H2 ガスを流入しない以外は実施例10と同じ
条件で太陽電池(SC比10−1)を作製した。 (比較例10−2)i型層を形成する際、B26 /H
2 ガスを流入しない以外は実施例10と同じ条件で太陽
電池(SC比10−2)を作製した。
Comparative Example 10-1 When forming the i-type layer,
A solar cell (SC ratio 10-1) was produced under the same conditions as in Example 10 except that PH 3 / H 2 gas was not introduced. (Comparative Example 10-2) When forming the i-type layer, B 2 H 6 / H
A solar cell (SC ratio 10-2) was produced under the same conditions as in Example 10 except that 2 gas was not introduced.

【0162】(比較例10−3)RFp型層は形成せ
ず、MWp型層の層厚は20nmとする以外は実施例1
0と同じ条件で太陽電池(SC比10−3)を作製し
た。実施例1と同様な測定を行ったところ、本実施例の
太陽電池(SC実10)は従来の太陽電池(SC比10
−1)〜(SC比10−3)よりもさらに優れた特性を
有することが分かった。
Comparative Example 10-3 Example 1 was repeated except that the RFp type layer was not formed and the MWp type layer had a layer thickness of 20 nm.
A solar cell (SC ratio 10-3) was produced under the same conditions as 0. When the same measurement as in Example 1 was performed, the solar cell of this example (SC Ex 10) was a conventional solar cell (SC ratio 10).
It was found that it has more excellent characteristics than -1) to (SC ratio 10-3).

【0163】(実施例11)i型層にa−SiSnを用
い、アルカリ土類金属としてベリリウム、マグネシウ
ム、カルシウムをともに含有させた太陽電池を作製し
た。まず、ターゲットとしてBeF2 、MgF2 、Ca
2 、を1:2:1に混合させたものに交換し、原料ガ
ス供給装置にAl(CH33 (トリメチルアルミニウ
ム TMA)液体ボンベを接続し、HeガスでTMAを
バブリングすることによりHeで希釈されたTMA/H
eガスを堆積室に流入できるようにした。i型層を形成
する際、SiH4 ガス流量を110sccm、SiF4
ガス流量を20sccm、SnH4ガス流量を20sc
cm、PH3 /H2 ガス流量を1sccm、TMA/H
eガス流量を10sccmにし、ターゲット電力を時間
的に変化させ、アルカリ土類金属含有量の変化パターン
を図2−cのようにする以外は実施例1と同じ条件で太
陽電池(SC実11)を作製した。
Example 11 A solar cell was prepared in which a-SiSn was used for the i-type layer and beryllium, magnesium, and calcium were contained as alkaline earth metals. First, as a target, BeF 2 , MgF 2 , Ca
F 2 was exchanged with a mixture of 1: 2: 1, an Al (CH 3 ) 3 (trimethylaluminum TMA) liquid cylinder was connected to the raw material gas supply device, and TMA was bubbled with He gas to thereby remove He. TMA / H diluted with
The e-gas was allowed to flow into the deposition chamber. When forming the i-type layer, the SiH 4 gas flow rate was set to 110 sccm, and SiF 4 was added.
Gas flow rate is 20 sccm, SnH 4 gas flow rate is 20 sc
cm, PH 3 / H 2 gas flow rate 1 sccm, TMA / H
A solar cell (SC Ex 11) under the same conditions as in Example 1 except that the gas flow rate of e was 10 sccm, the target power was changed with time, and the change pattern of the alkaline earth metal content was as shown in FIG. Was produced.

【0164】(比較例11−1)i型層を形成する際、
PH3 /H2 ガスを流入しない以外は実施例11と同じ
条件で太陽電池(SC比11−1)を作製した。 (比較例11−2)i型層を形成する際、TMA/He
ガスを流入しない以外は実施例11と同じ条件で太陽電
池(SC比11−2)を作製した。
(Comparative Example 11-1) When forming an i-type layer,
A solar cell (SC ratio 11-1) was produced under the same conditions as in Example 11 except that PH 3 / H 2 gas was not introduced. (Comparative Example 11-2) When forming an i-type layer, TMA / He
A solar cell (SC ratio 11-2) was produced under the same conditions as in Example 11 except that gas was not introduced.

【0165】(比較例11−3)RFp型層は形成せ
ず、MWp型層の層厚は20nmとする以外は実施例1
1と同じ条件で太陽電池(SC比11−3)を作製し
た。実施例1と同様な測定を行ったところ、本実施例の
太陽電池(SC実11)は、従来の太陽電池(SC比1
1−1)〜(SC比11−3)よりもさらに優れた特性
を有することが分かった。
Comparative Example 11-3 Example 1 was repeated except that the RFp type layer was not formed and the MWp type layer had a layer thickness of 20 nm.
A solar cell (SC ratio 11-3) was produced under the same conditions as in 1. When the same measurement as in Example 1 was performed, the solar cell of this example (SC Ex 11) showed that the conventional solar cell (SC ratio 1
It was found that it has more excellent characteristics than 1-1) to (SC ratio 11-3).

【0166】(実施例12)RFp型層とi型層の間、
RFn型層とi型層の間にPR−i層を有する図1−f
の太陽電池を作製した。その他の層は実施例9と同様な
方法で太陽電池を作製した。2つのRF−i型層はa−
Siからなり、SiH4 ガス流量が2sccm、H2
ス流量が50sccm、PH3 /H2 ガス流量が0.2
sccm、B 26 /H2 ガス流量が0.5sccm、
堆積室内の圧力が1.0Torr、導入するRF電力が
0.01W/cm3 、基板温度が270℃、層厚が20
nmの条件で形成した。作製した太陽電池(SC実1
2)は(SC実9)よりもさらに優れた特性を有するこ
とが分かった。
Example 12 Between the RF p-type layer and the i-type layer,
FIG. 1-f having a PR-i layer between the RF n-type layer and the i-type layer.
The solar cell of was produced. Other layers are the same as in Example 9.
A solar cell was produced by the method. The two RF-i-type layers are a-
Made of Si, SiHFour Gas flow rate is 2 sccm, H2 Moth
Flow rate is 50 sccm, PH3 / H2 Gas flow rate is 0.2
sccm, B 2 H6 / H2 Gas flow rate is 0.5 sccm,
The pressure inside the deposition chamber is 1.0 Torr, and the RF power to be introduced is
0.01 W / cm3, Substrate temperature is 270 ° C, layer thickness is 20
It was formed under the condition of nm. Fabricated solar cell (SC Ex 1
2) has better characteristics than (SC Ex 9)
I understood.

【0167】(実施例13)MWPCVD法を用いた図
4の堆積装置を使用して図7に示すトリプル型太陽電池
を作製した。まず、基板の作製を行った。実施例1と同
様に50×50mm2のステンレス基板をアセトンとイ
ソプロパノールで超音波洗浄し、乾燥させた。スパッタ
リング法を用いて、ステンレス基板表面上に層厚0.3
μmのAgの光反射層を形成した。この際、基板温度を
350℃に設定し、基板表面を凹凸(テクスチャー化)
にした。その上に基板温度350℃で層厚2.0μmの
ZnOの反射増加層を形成した。
Example 13 A triple type solar cell shown in FIG. 7 was produced using the deposition apparatus of FIG. 4 using the MWPCVD method. First, a substrate was manufactured. As in Example 1, a 50 × 50 mm 2 stainless steel substrate was ultrasonically cleaned with acetone and isopropanol and dried. A layer thickness of 0.3 is formed on the surface of the stainless steel substrate by using the sputtering method.
A light reflection layer of Ag of Ag was formed. At this time, the substrate temperature is set to 350 ° C., and the substrate surface is uneven (textured).
I chose A ZnO reflection increasing layer having a layer thickness of 2.0 μm was formed thereon at a substrate temperature of 350 ° C.

【0168】次に実施例1と同様な方法で成膜の準備を
終えた。実施例1と同様な方法で基板上に第1のMWn
型層(μc−Si 層厚10μm)を形成し、さらに第
1のRFn型層(a−Si層厚 10μm)、第1のi
型層(a−SiGe)、第1のRFp型層(a−Si
層厚10nm)、第1のMWp型層(μc−Si 層厚
10nm)、第2のRFn型層(μc−Si)、第2の
i型層(a−Si)、第2のRFp型層(a−SiC
層厚10nm)、第2のMWp型層(μc−Sic 層
厚10nm)、第3のRFn型層(a−SiC)、第3
のi型層(a−SiC)、第3のRFp型層 (a−S
iC 層厚10nm)、第3のMWp型層(μc−Si
C 層厚10nm)を順次形成した。
Next, the preparation for film formation was completed in the same manner as in Example 1. In the same manner as in Example 1, the first MWn was formed on the substrate.
A type layer (μc-Si layer thickness 10 μm) is formed, and a first RFn type layer (a-Si layer thickness 10 μm) and a first i layer are formed.
Type layer (a-SiGe), first RFp type layer (a-Si)
Layer thickness 10 nm), first MWp type layer (μc-Si layer thickness 10 nm), second RFn type layer (μc-Si), second i type layer (a-Si), second RFp type layer (A-SiC
Layer thickness 10 nm), second MWp type layer (μc-Sic layer thickness 10 nm), third RFn type layer (a-SiC), third
I-type layer (a-SiC), third RFp-type layer (a-S)
iC layer thickness 10 nm), third MWp type layer (μc-Si)
A C layer thickness of 10 nm) was sequentially formed.

【0169】第1のi型層、第2のi型層、第3のi型
層を形成する際、流量を時間変化させてP、B含有量が
図2−aとなるようにした。さらにその他の層において
は、MWPCVD法で形成する層では、MW電力を時間
変化させ、RFPCVD法で形成する層では、RF電力
を時間変化させて、各層の水素含有量の分布が図6−c
のようになるようにした。ターゲット電源はDC電源に
交換し、全ての半導体層作製時にターゲット電力(DC
電力)を変化させ、マグネシウムの含有量が図2−aと
なるようにした。
At the time of forming the first i-type layer, the second i-type layer and the third i-type layer, the flow rates were changed with time so that the P and B contents were as shown in FIG. 2-a. In other layers, the MW power was changed with time in the layer formed by the MWPCVD method, and the RF power was changed in the layer formed by the RFPCVD method with time, so that the distribution of the hydrogen content in each layer was changed as shown in FIG.
I tried to be like. The target power supply is replaced with a DC power supply, and the target power (DC
The electric power) was changed so that the magnesium content was as shown in FIG.

【0170】次に第3のMWp型層上に実施例1と同様
な透明電極、集電電極を形成した。以上でトリプル型太
陽電池(SC実13)の作製を終えた。 (比較例13−1)第1のi型層、第2のi型層、およ
び第3のi型層を形成する際、PH3 /H 2 ガスを流入
しない以外は、実施例13と同じ条件で太陽電池(SC
比13−1)を作製した。
Next, on the third MWp type layer, the same as in Example 1.
Transparent electrodes and collector electrodes were formed. Triple type thick
The fabrication of the positive battery (SC Ex 13) was completed. (Comparative Example 13-1) First i-type layer, second i-type layer, and
And when forming the third i-type layer,3 / H 2 Gas inflow
Solar cells (SC
Ratio 13-1) was produced.

【0171】(比較例13−2)第1のi型層、第2の
i型層、および第3のi型層を形成する際、B26
2 ガスを流入しない以外は、実施例13と同じ条件で
太陽電池(SC比13−2)を作製した。 (比較例13−3)第1のRFn型層、第1のRFp型
層、第2のRFp型層、および第3のRFp型層は形成
せず、第1のMWn型層、第1のMWp型層、第2のM
Wp型層、および第3のMWp型層の層厚を20nmと
する以外は実施例13と同じ条件で太陽電池(SC比1
3−3)を作製した。実施例1と同様な測定を行ったと
ころ、本実施例の太陽電池(SC実13)は、従来の太
陽電池(SC比13−1)〜(SC比13−3)よりも
さらに優れた特性を有することが分かった。
Comparative Example 13-2 When forming the first i-type layer, the second i-type layer, and the third i-type layer, B 2 H 6 /
A solar cell (SC ratio 13-2) was produced under the same conditions as in Example 13 except that H 2 gas was not introduced. (Comparative Example 13-3) The first RFn-type layer, the first RFp-type layer, the second RFp-type layer, and the third RFp-type layer were not formed, and the first MWn-type layer and the first RFn-type layer were formed. MWp type layer, second M
A solar cell (SC ratio 1 was obtained under the same conditions as in Example 13 except that the layer thicknesses of the Wp type layer and the third MWp type layer were 20 nm.
3-3) was produced. When the same measurement as in Example 1 was performed, the solar cell of the present example (SC Ex 13) had better characteristics than the conventional solar cells (SC ratio 13-1) to (SC ratio 13-3). Found to have.

【0172】(実施例14)図9のロール・ツー・ロー
ル法を用いた堆積装置を使用して、図8のタンデム型太
陽電池を作製した。まず基板は長さ300m、幅30c
m、厚さ0.1mmの両面を鏡面研磨した長尺状ステン
レスシートを用いた。ロール・ツー・ロール法を用いた
スパッタリング装置でのこのステンレス基板上に基板温
度350℃で層厚0.3μmのAgからなる光反射層を
連続形成し、さらに基板温度350℃で層厚2.0μm
のZnOからなる反射増加層を連続形成した。基板表面
は実施例13と同様にテクスチャー化されていることが
分かった。
Example 14 The tandem solar cell shown in FIG. 8 was produced using the deposition apparatus using the roll-to-roll method shown in FIG. First, the substrate is 300m long and 30c wide
A long stainless steel sheet having m and a thickness of 0.1 mm and having both surfaces mirror-polished was used. A light-reflecting layer made of Ag having a layer thickness of 0.3 μm was continuously formed on this stainless steel substrate in a sputtering apparatus using a roll-to-roll method at a substrate temperature of 350 ° C., and further at a substrate temperature of 350 ° C. a layer thickness of 2. 0 μm
And a reflection increasing layer made of ZnO was continuously formed. It was found that the substrate surface was textured as in Example 13.

【0173】図9はロール・ツー・ロール法を用いた半
導体層の連続形成装置の概略図である。この装置は基板
送り出し室910と、複数の堆積室901〜909と、
基板巻き取り室911を順次配置し、それらの間を分離
通路912で接続してなり、長尺状の基板913がこれ
らの中を通って、基板送り出し室から基板巻き取り室に
絶え間なく移動することができ、且つ基板の移動と同時
に各堆積室でそれぞれの半導体層を同時に形成すること
ができる。950は堆積室を上から見た図で、それぞれ
の堆積室には原料ガスの入り口914と原料ガスの排気
口915があり、それぞれの半導体層を同時に形成する
ことができる。950は堆積室を上から見た図で、それ
ぞれの堆積室には原料ガスの入り口914と原料ガスの
排気口915があり、RF電極916あるいはマイクロ
波アプリケーター917が必要に応じて取り付けられ、
さらに基板を加熱するハロゲンランプヒーター918が
内部に設置されている。また原料ガスの入り口914に
は実施例1と同様な原料ガス供給装置が接続されてお
り、それぞれの堆積室には原料ガスの排気口があり、そ
れぞれの排気口には油拡散ポンプ、メカニカルブースタ
ーポンプなどの真空排気ポンプが接続されている。また
それぞれのRF電極にはRF電源が接続され、マイクロ
波アプリケーターにMW電源が接続されている。i型層
の堆積室である堆積室903と907にはバイアス電極
931とターゲット電極930が配置されており、それ
ぞれの電源としてRF電源が接続されている。さらにタ
ーゲットにはBeを用いた。940はi型層の堆積室を
横からみた図で、堆積室内の基板面積よりも小さい表面
積を有するターゲットを堆積室のほぼ中央に配置するこ
とによって、単位時間あたりにスパッタリングされるア
ルカリ土類金属の量を、基板周辺部941よりも基板中
央部942で多くさせたものである。こうすることによ
ってアルカリ土類金属含有量の層厚方向変化が図2−c
のようになる。堆積室に接続された分離通路には掃気ガ
スを流入させる入り口919がある。基板送り出し室に
は送り出しロール920と基板に適度の張力を与え、常
に水平に保つためのガイドロール921があり、基板巻
き取り室には巻き取りロール922とガイドロール92
3がある。
FIG. 9 is a schematic view of a continuous semiconductor layer forming apparatus using the roll-to-roll method. This apparatus includes a substrate delivery chamber 910, a plurality of deposition chambers 901 to 909,
Substrate winding chambers 911 are sequentially arranged, and a separation passage 912 is connected between them, and a long substrate 913 is continuously moved from the substrate delivery chamber to the substrate winding chamber through these. Further, the semiconductor layers can be simultaneously formed in the deposition chambers simultaneously with the movement of the substrate. Reference numeral 950 is a view of the deposition chamber viewed from above. Each deposition chamber has a source gas inlet 914 and a source gas exhaust port 915, so that respective semiconductor layers can be simultaneously formed. 950 is a view of the deposition chamber viewed from above, each deposition chamber has a source gas inlet 914 and a source gas exhaust port 915, and an RF electrode 916 or a microwave applicator 917 is attached as necessary,
Further, a halogen lamp heater 918 for heating the substrate is installed inside. Further, a raw material gas supply device similar to that of the first embodiment is connected to the raw material gas inlet 914, each raw material gas exhaust port is provided in each deposition chamber, and each exhaust port has an oil diffusion pump and a mechanical booster. A vacuum exhaust pump such as a pump is connected. An RF power source is connected to each RF electrode, and a MW power source is connected to the microwave applicator. A bias electrode 931 and a target electrode 930 are arranged in deposition chambers 903 and 907 which are i-type layer deposition chambers, and an RF power source is connected to each as a power source. Further, Be was used as a target. 940 is a side view of the deposition chamber for the i-type layer, in which a target having a surface area smaller than the substrate area in the deposition chamber is disposed substantially in the center of the deposition chamber to sputter an alkaline earth metal per unit time. Is larger in the board central portion 942 than in the board peripheral portion 941. By doing so, the change in alkaline earth metal content in the layer thickness direction is shown in Fig. 2-c.
become that way. The separation passage connected to the deposition chamber has an inlet 919 through which scavenging gas flows. In the substrate delivery chamber, there are a delivery roll 920 and a guide roll 921 for applying an appropriate tension to the substrate and always keeping the substrate horizontal. In the substrate take-up chamber, a winding roll 922 and a guide roll 92 are provided.
There are three.

【0174】まず、前記の光反射層と反射増加層を形成
した基板を送り出しロールに巻き付け、基板送り出し室
にセットし、各堆積室内を通過させた後に基板の端を基
板巻き取りロールに巻き付ける。装置全体を不図示の真
空排気ポンプで真空排気し、各堆積室のランプヒーター
を点灯させ、各堆積室内の基板温度が所定の温度になる
ように設定する。装置全体の圧力が1mTorr以下に
なったら掃気ガスの入り口919からH2ガスを流入さ
せ、基板を図の矢印の方向に移動させながら、巻き取り
ロールで巻き取っていく。実施例1と同様にして各堆積
室にそれぞれの原料ガスを流入させる。この際、各堆積
室に流入させる原料ガスが他の堆積室に拡散しないよう
に各分離通路に流入させるH2 ガスの流量、あるいは各
堆積室の圧力を調整する。
First, the substrate on which the light reflection layer and the reflection increasing layer are formed is wound around a delivery roll, set in a substrate delivery chamber, passed through each deposition chamber, and then the end of the substrate is wrapped around a substrate winding roll. The entire apparatus is evacuated by a vacuum exhaust pump (not shown), the lamp heater in each deposition chamber is turned on, and the substrate temperature in each deposition chamber is set to a predetermined temperature. When the pressure of the entire apparatus becomes 1 mTorr or less, H 2 gas is introduced from the scavenging gas inlet 919, and the substrate is taken up by a take-up roll while moving in the direction of the arrow in the figure. In the same manner as in Example 1, each source gas is caused to flow into each deposition chamber. At this time, the flow rate of the H 2 gas flowing into each separation passage or the pressure of each deposition chamber is adjusted so that the source gas flowing into each deposition chamber does not diffuse to the other deposition chambers.

【0175】次にRF電力、またはMW電力を導入して
グロー放電を生起し、それぞれの半導体層を形成してい
く。基板上に堆積室901で第1のMWn型層(μc−
Si 層厚20nm)を形成し、さらに堆積室902で
第1のRFn型層(a−Si 層厚10nm)、堆積室
903で第1のi型層(a−SiGe 層厚180n
m)、堆積室904で第1のRFp型層(a−Si 層
厚10nm)、堆積室905で第1のMWp型層(μc
−Si 層厚10nm)、堆積室906で第2のRFn
型層(μc−Si 層厚20nm)、堆積室907で第
2のi型層(a−Si 層厚250nm)、堆積室90
8で第2のRFp型層(a−SiC 層厚10nm)、
堆積室909で第2のMWp型層(μc−SiC 層厚
10nm)を順次形成した。第1のi型層、第2のi型
層にベリリウムを含有させ、その含有量の層厚方向変化
が図2−cのようになるようにした。第1のi型層、第
2のi型層を形成する際、PH3 /H2 ガス、B26
/H2 ガスは別途に入り口924、925から流入さ
せ、i型層の界面近傍で多くの価電子制御剤が流入でき
るようにした。また分離通路から多量のH2 ガスが第1
のi型層、第2のi型層の堆積室に供給されるため、界
面近傍ではフッ素が少なくなっており、フッ素含有量の
層厚方向変化は図3−cのようになる。基板の搬送が終
わったところで、すべてのMW電源、RF電源、ターゲ
ット電源を切り、グロー放電を止め、原料ガス、掃気ガ
スの流入を止めた。装置全体をリークし、巻き取られた
基板を取り出した。次にロール・ツーロール法を用いた
スパッタリング装置で第2のMWp型層上に170℃で
層厚70nmのITOからなる透明電極を連続形成し
た。
Next, RF power or MW power is introduced to cause glow discharge to form the respective semiconductor layers. In the deposition chamber 901, the first MWn type layer (μc−
Si layer thickness 20 nm) is further formed, and a first RFn type layer (a-Si layer thickness 10 nm) is deposited in the deposition chamber 902, and a first i type layer (a-SiGe layer thickness 180 n is deposited in the deposition chamber 903.
m), a first RFp type layer (a-Si layer thickness 10 nm) in the deposition chamber 904, and a first MWp type layer (μc) in the deposition chamber 905.
-Si layer thickness 10 nm), second RFn in deposition chamber 906
Type layer (μc-Si layer thickness 20 nm), second i-type layer (a-Si layer thickness 250 nm) in deposition chamber 907, deposition chamber 90
8 the second RF p-type layer (a-SiC layer thickness 10 nm),
A second MWp-type layer (μc-SiC layer thickness 10 nm) was sequentially formed in the deposition chamber 909. Beryllium was contained in the first i-type layer and the second i-type layer, and the change in the content in the layer thickness direction was as shown in FIG. When forming the first i-type layer and the second i-type layer, PH 3 / H 2 gas, B 2 H 6
/ H 2 gas was separately introduced through inlets 924 and 925 so that a large amount of valence electron control agent could be introduced near the interface of the i-type layer. In addition, a large amount of H 2 gas from the separation passage
Since it is supplied to the deposition chamber for the i-type layer and the second i-type layer, the amount of fluorine is small near the interface, and the change in the fluorine content in the layer thickness direction is as shown in FIG. When the transfer of the substrate was completed, all MW power supplies, RF power supplies, and target power supplies were turned off, glow discharge was stopped, and inflow of raw material gas and scavenging gas was stopped. The entire apparatus was leaked and the wound substrate was taken out. Then, a transparent electrode made of ITO having a layer thickness of 70 nm was continuously formed at 170 ° C. on the second MWp type layer by a sputtering device using a roll-to-roll method.

【0176】次にこの基板の一部を50mm×50mm
の大きさに切断し、スクリーン印刷法で層厚5μm、線
幅0.5mmのカーボンペーストの印刷をし、その上に
層厚10μm、線幅0.5mmの銀ペーストを印刷し、
集電電極を形成した。以上でロール・ツーロール法を用
いたタンデム型太陽電池(SC実14)の作製を終え
た。SIMSを用いて価電子制御剤の含有量の層厚方向
変化を求めたところ、図2−cのようになっていること
が分かった。
Next, a part of this substrate is set to 50 mm × 50 mm.
The size is cut, and a screen printing method is used to print a carbon paste having a layer thickness of 5 μm and a line width of 0.5 mm, and a silver paste having a layer thickness of 10 μm and a line width of 0.5 mm is printed thereon.
A collector electrode was formed. This completes the production of a tandem solar cell (SC Ex 14) using the roll-to-roll method. When the change in the content of the valence electron control agent in the layer thickness direction was obtained using SIMS, it was found that the change was as shown in FIG.

【0177】(実施例14−1)第1のi型層、および
第2のi型層を形成する際に、PH3 /H2 ガスを流入
しない以外は、実施例14と同じ条件で太陽電池(SC
実14−1)を作製した。 (実施例14−2)第1のi型層、および第2のi型層
を形成する際に、B26 /H2 ガスを流入しない以外
は、実施例14と同じ条件で太陽電池(SC実14−
2)を作製した。
(Example 14-1) A solar cell was prepared under the same conditions as in Example 14 except that PH 3 / H 2 gas was not introduced when forming the first i-type layer and the second i-type layer. Battery (SC
Example 14-1) was produced. (Example 14-2) A solar cell under the same conditions as in Example 14 except that B 2 H 6 / H 2 gas was not introduced when forming the first i-type layer and the second i-type layer. (SC Ex 14-
2) was produced.

【0178】(比較例14−1)第1のRFn型層、第
1のRFp型層、および第2のRFp型層は形成せず、
第1のMWn型層を30nm、第1のMWp型層、およ
び第MWp型層の層厚を20nmとする以外は実施例1
4と同じ条件で太陽電池(SC比14−1)を作製し
た。
(Comparative Example 14-1) The first RFn type layer, the first RFp type layer and the second RFp type layer were not formed,
Example 1 except that the thickness of the first MWn type layer was 30 nm, the layer thickness of the first MWp type layer, and the layer thickness of the MWp type layer were 20 nm.
A solar cell (SC ratio 14-1) was produced under the same conditions as in No. 4.

【0179】実施例1と同様な測定を行ったところ、本
実施例の太陽電池(SC実14)は、太陽電池(SC比
14−1)及び(SC実14−1)、(SC実14−
2)よりもさらに優れた特性を有することが分かった。 (実施例15)図9の堆積装置を使用して作製したタン
デム型太陽電池をモジュール化し、発電システムに応用
し、フィールドテストを行った。
When the same measurement as in Example 1 was performed, it was confirmed that the solar cell (SC Ex 14) of this Example had a solar cell (SC ratio 14-1), (SC Ex 14-1), and (SC Ex 14). −
It has been found that it has even better properties than 2). (Example 15) A tandem solar cell manufactured by using the deposition apparatus shown in FIG. 9 was modularized, applied to a power generation system, and subjected to a field test.

【0180】実施例14で作製した光未照射の50mm
×50mmのトリプル型太陽電池(SC実14)を65
個を用意した。厚さ5.0mmのアルミニウム板上にE
VA(エチレンビニルアセテート)からなる接着剤シー
トを乗せ、その上にナイロンシートを乗せ、その上に6
5個の太陽電池を配列し、直列化および並列化を行っ
た。その上にEVAの接着剤シートを乗せ、その上にフ
ッ素樹脂シートを乗せて、真空ラミネートし、モジュー
ル化した。作製したモジュールの初期光電変換効率を実
施例1と同様な方法で測定しておいた。
50 mm of non-irradiated light produced in Example 14
65 x 50mm triple solar cells (SC Ex 14)
I prepared a piece. E on a 5.0 mm thick aluminum plate
Put an adhesive sheet made of VA (ethylene vinyl acetate), put a nylon sheet on it, and put 6 on it.
Five solar cells were arranged and serialized and parallelized. An EVA adhesive sheet was placed thereon, a fluororesin sheet was placed thereon, and vacuum lamination was performed to form a module. The initial photoelectric conversion efficiency of the manufactured module was measured by the same method as in Example 1.

【0181】図10の発電システムを示す回路に接続
し、負荷には夜間点灯する外灯を使用した。システム全
体は蓄電池、及びモジュールの電力によって稼働する。
この発電システムを(SBS実15)と呼ぶことにす
る。 (比較例15)光未照射のタンデム型太陽電池(SC比
14−1)を65個用いて実施例15と同様にモジュー
ル化し、初期光電変換効率を測定しておいた。このモジ
ュールを実施例15と同様な発電システムに接続した。
[0181] An external light which was turned on at night was used as a load, which was connected to the circuit showing the power generation system. The entire system is operated by the storage battery and the power of the module.
This power generation system will be referred to as (SBS Ex 15). (Comparative Example 15) The initial photoelectric conversion efficiency was measured by using 65 tandem-type solar cells (SC ratio 14-1) that were not irradiated with light to form a module in the same manner as in Example 15. This module was connected to the same power generation system as in Example 15.

【0182】これらの発電システムを(SBS比15−
1)と呼ぶことにする。それぞれのモジュールは最も太
陽光を集光できる角度に設置した。フィールドテストの
測定は1年経過後の光電変換効率を測定し、劣化率(1
年後の光電変換効率/初期光電変換効率)を求めること
によって行った。その結果、本発明の太陽電池を用いた
発電システム(SBS実15)は従来の発電システム
(SBS比15−1)よりもさらに優れた初期光電変換
効率およびフィールド耐久性を有していることが分かっ
た。
These power generation systems (SBS ratio 15-
I will call it 1). Each module was installed at the angle that could collect the most sunlight. In the field test, the photoelectric conversion efficiency after one year was measured and the deterioration rate (1
This was done by calculating the photoelectric conversion efficiency after a year / initial photoelectric conversion efficiency). As a result, the power generation system (SBS Ex 15) using the solar cell of the present invention has more excellent initial photoelectric conversion efficiency and field durability than the conventional power generation system (SBS ratio 15-1). Do you get it.

【0183】(実施例16)半導体層に酸素または/及
び窒素原子を含有する光起電力素子を作製した。 (実施例16−1)i型層を形成する際、O2 /Heガ
スを100sccm、N2 /Heガスを20sccm導
入する以外は実施例1と同じ条件で太陽電池(SC16
実−1)を作製した。
Example 16 A photovoltaic element containing oxygen and / or nitrogen atoms in the semiconductor layer was produced. When forming the (Example 16-1) i-type layer, O 2 / He gas 100sccm, N 2 / He gas 20sccm solar cell under the same conditions as in Example 1 except that the introduction (SC16
Fruit-1) was produced.

【0184】(実施例16−2)RF−i層型層を形成
する際、O2 /Heガスを2sccm、N2 /Heガス
を1sccm導入する以外は実施例1と同じ条件で太陽
電池(SC実16−2)を作製した。 (実施例16−3)MWp型層を形成する際、O2 /H
eガスを100sccm、N2 /Heガスを20scc
m導入し、RFp型層を形成する際、O2/Heガスを
2sccm、N2 /Heガスを1sccm導入する以外
は実施例1と同じ条件で太陽電池(SC実16−3)を
作製した。
(Example 16-2) When forming an RF-i layer type layer, a solar cell () was formed under the same conditions as in Example 1 except that 2 sccm of O 2 / He gas and 1 sccm of N 2 / He gas were introduced. SC Ex 16-2) was produced. When forming the (Example 16-3) MWp-type layer, O 2 / H
e gas at 100 sccm, N 2 / He gas at 20 sccc
A solar cell (SC Ex 16-3) was prepared under the same conditions as in Example 1 except that O 2 / He gas was introduced at 2 sccm and N 2 / He gas was introduced at 1 sccm when the RF p-type layer was formed. .

【0185】実施例1と同様な測定を行ったところ、こ
れらの太陽電池は、太陽電池(SC実1)よりもさらに
優れた特性を有することが分かった。作製したこれらの
太陽電池の酸素原子及び窒素原子の濃度をSIMSを用
いて調べたところ、ほぼ導入した原料ガス(Si)に対
する原料ガス(O)、原料ガス(N)の濃度程度に含有
されていることが分かった。 [請求項1に係わる実施例](実施例17)図4に示す
堆積装置を用いて図1−bの構成の太陽電池を作製し
た。n型層はRFPCVD法で形成した。
When the same measurement as in Example 1 was carried out, it was found that these solar cells had further superior characteristics to the solar cell (SC Ex 1). When the concentrations of oxygen atoms and nitrogen atoms of these fabricated solar cells were examined by using SIMS, it was found that the concentrations of the source gas (O) and the source gas (N) were almost the same as those of the introduced source gas (Si). I found out that Example of Claim 1 (Example 17) Using the deposition apparatus shown in FIG. 4, a solar cell having the structure shown in FIG. 1-b was produced. The n-type layer was formed by the RFPCVD method.

【0186】まず、実施例1と同様にして基板を作製
し、続いて、基板404上に、μc−SiからなるRF
n型層、a−Siからなるi型層、a−SiCからなる
RFp型層、a−SiCからなるMWp型層を順次形成
した。μc−SiからなるRFn型層を形成するには、
2 ガスを堆積室401内に導入し、流量が300sc
cmになるようにマスフローコントローラーで調整し、
堆積室内の圧力が1.0Torrになるようにコンダク
タンスバルブで調整した。基板404の温度が350℃
になるようにヒーター405を設定し、基板温度が安定
したところで、SiH4 ガス、PH3 /H2 ガスを堆積
室401内に流入させた。この時、SiH4 ガス流量が
2sccm、H2 ガス流量が100sccm、PH3
2 ガス流量が200sccm、堆積室内の圧力は1.
0Torrとなるように調整した。RF電源の電力を
0.02W/cm3 設定し、バイアス電極410にRF
電力を導入し、グロー放電を生起させ、シャッターを開
け、基板上にRFn型層の形成を開始し、層厚20nm
のRFn型層を形成したところでシャッターを閉じ、R
F電源を切って、グロー放電を止め、RFn型層の形成
を終えた。堆積室内へのSiH4 ガス、PH3 /H2
流入を止め、5分間、堆積室内へH2 ガスを流し続けた
のち、H2 の流入も止め、堆積室内およびガス配管内を
1×10-5Torrまで真空排気した。
First, a substrate was prepared in the same manner as in Example 1, and subsequently, RF consisting of μc-Si was formed on the substrate 404.
An n-type layer, an i-type layer made of a-Si, an RFp type layer made of a-SiC, and a MWp type layer made of a-SiC were sequentially formed. To form an RFn-type layer made of μc-Si,
H 2 gas was introduced into the deposition chamber 401, and the flow rate was 300 sc
Adjust with a mass flow controller to be cm,
The conductance valve was adjusted so that the pressure in the deposition chamber was 1.0 Torr. Substrate 404 temperature is 350 ° C
The heater 405 was set so that the temperature became stable, and when the substrate temperature became stable, SiH 4 gas and PH 3 / H 2 gas were caused to flow into the deposition chamber 401. At this time, the SiH 4 gas flow rate is 2 sccm, the H 2 gas flow rate is 100 sccm, and PH 3 /
The H 2 gas flow rate was 200 sccm, and the pressure inside the deposition chamber was 1.
It was adjusted to be 0 Torr. The power of the RF power source is set to 0.02 W / cm 3 and the bias electrode 410 is set to RF.
Electric power was introduced to cause glow discharge, the shutter was opened, the formation of the RFn type layer on the substrate was started, and the layer thickness was 20 nm.
When the RF n-type layer is formed, the shutter is closed and R
The F power supply was turned off, the glow discharge was stopped, and the formation of the RFn-type layer was completed. After stopping the inflow of SiH 4 gas and PH 3 / H 2 into the deposition chamber and continuing to flow the H 2 gas into the deposition chamber for 5 minutes, the inflow of H 2 was stopped and the inside of the deposition chamber and the gas pipe was 1 × 10 5. Evacuated to -5 Torr.

【0187】a−Siからなるi型層はMWPCVD法
とアルカリ土類金属のスパッタリングを同時に行うこと
によって形成した。まず、H2 ガスを300sccm導
入し、圧力が0.01Torr、基板404の温度が3
50℃になるようにした。基板温度が安定したところ
で、SiH4 ガス、Heガスを流入させ、SiH4 ガス
流量が150sccm、Heガス流量が150scc
m、H2 ガス流量が150sccmとし、堆積室401
内の圧力が0.01Torrとなるように調整した。次
にRF電源の電力を0.32W/cm3 に設定し、バイ
アス電極に印加した。その後、不図示のMW電源の電力
を0.20W/cm3 に設定し、誘電体窓413を通し
て堆積室内にMW電力を導入し、グロー放電を生起させ
た。次にターゲット電源の電力を200Wに設定し、タ
ーゲットシャッター416を開け、シャッターを開け、
RFn型層上にi型層の形成を開始した。RF電源、タ
ーゲット電源に接続されたコンピューターを用い、図1
1−aに示した変化パターンに従って、RF電力、ター
ゲット電力を変化させ、層厚300nmのi型層を形成
したところで、シャッター、ターゲットシャッターを閉
じ、MW電源、RF電源、ターゲット電源を切ってグロ
ー放電を止め、i型層の形成を終えた。SiH4ガス、
Heガスの流入を止め、5分間H2 ガスを流し続けた
後、H2 ガスの流入も止め、堆積室内及びガス配管内を
1×10-5Torrまで真空排気した。
The i-type layer made of a-Si was formed by simultaneously performing the MWPCVD method and the sputtering of alkaline earth metal. First, 300 sccm of H 2 gas is introduced, the pressure is 0.01 Torr, and the temperature of the substrate 404 is 3
It was adjusted to 50 ° C. When the substrate temperature became stable, SiH 4 gas and He gas were introduced, and the SiH 4 gas flow rate was 150 sccm and the He gas flow rate was 150 sccc.
m, H 2 gas flow rate is 150 sccm, and deposition chamber 401
The pressure inside was adjusted to 0.01 Torr. Next, the power of the RF power source was set to 0.32 W / cm 3 and applied to the bias electrode. Then, the power of an MW power source (not shown) was set to 0.20 W / cm 3 , and the MW power was introduced into the deposition chamber through the dielectric window 413 to cause glow discharge. Next, set the power of the target power supply to 200 W, open the target shutter 416, open the shutter,
Formation of the i-type layer was started on the RF n-type layer. Using a computer connected to the RF power supply and the target power supply,
According to the change pattern shown in 1-a, the RF power and the target power are changed to form an i-type layer having a layer thickness of 300 nm, the shutter and the target shutter are closed, and the MW power source, the RF power source, and the target power source are turned off to glow. The discharge was stopped and the formation of the i-type layer was completed. SiH 4 gas,
After stopping the inflow of He gas and continuing to flow H 2 gas for 5 minutes, the inflow of H 2 gas was stopped and the deposition chamber and the gas pipe were evacuated to 1 × 10 −5 Torr.

【0188】a−SiCからなるRFp型層を形成する
には、H2 ガスを300sccm導入し、圧力が1.0
Torr、基板温度が200℃になるようにした。基板
温度が安定したところで、SiH4 ガス、CH4 ガス、
26 /H2 ガスを堆積室401内に流入させ、Si
4 ガス流量が5sccm、CH4 ガス流量が1scc
m、H2 ガス流量が100sccm、B26 /H2
ス流量が200sccm、圧力が1.0Torrとなる
ように調整した。RF電源の電力を0.06W/cm3
に設定し、グロー放電を生起させ、シャッターを開け、
i型層上にRFp型層の形成を開始した。層厚10nm
のRFp型層を形成したところでシャッターを閉じ、R
F電源を切って、グロー放電を止め、RFp型層の形成
を終えた。堆積室内へのSiH4 ガス、CH4 ガス、B
26 /H2 ガスの流入を止め、5分間、H2 ガスを流
し続けたのち、H2 ガスの流入も止め、堆積室内および
ガス配管内を1×10-5Torrまで真空排気した。
To form the RFp type layer made of a-SiC, H 2 gas was introduced at 300 sccm and the pressure was 1.0.
Torr and the substrate temperature were set to 200 ° C. When the substrate temperature is stable, SiH 4 gas, CH 4 gas,
B 2 H 6 / H 2 gas is caused to flow into the deposition chamber 401, and Si
H 4 gas flow rate is 5 sccm, CH 4 gas flow rate is 1 sccc
m, H 2 gas flow rate was 100 sccm, B 2 H 6 / H 2 gas flow rate was 200 sccm, and pressure was adjusted to 1.0 Torr. RF power of 0.06W / cm 3
, Glow discharge, open the shutter,
The formation of the RF p-type layer on the i-type layer was started. Layer thickness 10 nm
When the RF p-type layer is formed, the shutter is closed and R
The F power source was turned off to stop the glow discharge, and the formation of the RF p-type layer was completed. SiH 4 gas, CH 4 gas, B in the deposition chamber
The inflow of 2 H 6 / H 2 gas was stopped, the H 2 gas was kept flowing for 5 minutes, and then the inflow of H 2 gas was stopped, and the deposition chamber and the gas pipe were evacuated to 1 × 10 −5 Torr.

【0189】a−SiCからなるMWp型層を形成する
には、H2 ガスを500sccm導入し、堆積室内の圧
力が0.02Torr、基板温度が200℃になるよう
に設定した。基板温度が安定したところでSiH4
ス、CH4 ガス、B26 /H2 ガスを流入させた。こ
の時、SiH4 ガス流量が10sccm、CH4 ガス流
量が2sccm、H2 ガス流量が100sccm、B2
6 /H2 ガス流量が500sccm、圧力が0.02
Torrとなるように調整した。その後、不図示のMW
電源の電力を0.40W/cm3 に設定し、誘電体窓を
通してMW電力を導入し、グロー放電を生起させ、シャ
ッターを開け、RFp型層上にMWp型層の形成を開始
した。層厚10nmのMWp型層を形成したところで、
シャッターを閉じ、MW電源を切ってグロー放電を止
め、MWp型層の形成を終えた。SiH4 ガス、CH4
ガス、B26 /H2 ガスの流入を止め、5分間、H2
ガスを流し続けたのち、H2 ガスの流入も止め、堆積室
内およびガス配管内を1×10-5Torrまで真空排気
し、補助バルブ408を閉じ、リークバルブ409を開
けて、堆積室をリークした。
To form the MWp type layer made of a-SiC, H 2 gas was introduced at 500 sccm, and the pressure inside the deposition chamber was set to 0.02 Torr and the substrate temperature was set to 200 ° C. When the substrate temperature became stable, SiH 4 gas, CH 4 gas, and B 2 H 6 / H 2 gas were introduced. At this time, SiH 4 gas flow rate is 10 sccm, CH 4 gas flow rate is 2 sccm, H 2 gas flow rate is 100 sccm, and B 2
H 6 / H 2 gas flow rate is 500 sccm, pressure is 0.02
It was adjusted to be Torr. After that, MW not shown
The power of the power supply was set to 0.40 W / cm 3 , MW power was introduced through the dielectric window to cause glow discharge, the shutter was opened, and formation of the MWp type layer on the RFp type layer was started. When a MWp type layer having a layer thickness of 10 nm is formed,
The shutter was closed, the MW power was turned off to stop the glow discharge, and the formation of the MWp type layer was completed. SiH 4 gas, CH 4
Gas, B 2 H 6 / H 2 gas flow is stopped, H 2
After continuing to flow the gas, the inflow of H 2 gas was stopped, the deposition chamber and the gas pipe were evacuated to 1 × 10 −5 Torr, the auxiliary valve 408 was closed, the leak valve 409 was opened, and the deposition chamber was leaked. did.

【0190】次に、MWp型層上に透明電極として、層
厚70nmのITOを真空蒸着法で真空蒸着した。次に
透明電極上に櫛型の穴が開いたマスクを乗せ、Cr(4
0nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)か
らなる櫛型の集電電極を真空蒸着法で真空蒸着した。以
上で太陽電池の作製を終えた。この太陽電池を(SC実
17)と呼ぶことにし、RFn型層、i型層、RFp型
層、MWp型層の形成条件を表1に示す。
Next, on the MWp type layer, ITO having a layer thickness of 70 nm was vacuum-deposited by a vacuum vapor deposition method as a transparent electrode. Next, a mask with comb-shaped holes was placed on the transparent electrode, and Cr (4
A comb-shaped collector electrode composed of 0 nm) / Ag (1000 nm) / Cr (40 nm) was vacuum-deposited by a vacuum deposition method. This completes the production of the solar cell. This solar cell will be referred to as (SC Ex 17), and Table 1 shows the conditions for forming the RFn-type layer, the i-type layer, the RFp-type layer, and the MWp-type layer.

【0191】(比較例17−1)i型層を形成する際、
RF電力、ターゲット電力を時間的に一定とした以外は
実施例17と同じ条件で太陽電池(SC比17−1)を
作製した。 (比較例17−2)RFp型層は形成せず、MWp型層
の層厚は20nmとする以外は実施例17と同じ条件で
太陽電池(SC比17−2)を作製した。
(Comparative Example 17-1) When forming an i-type layer,
A solar cell (SC ratio 17-1) was produced under the same conditions as in Example 17, except that the RF power and the target power were constant over time. (Comparative Example 17-2) A solar cell (SC ratio 17-2) was produced under the same conditions as in Example 17, except that the RFp type layer was not formed and the layer thickness of the MWp type layer was 20 nm.

【0192】太陽電池(SC実17)及び(SC比17
−1)、(SC比17−2)はそれぞれ6個づつ作製
し、初期光電変換効率(光起電力/入射光電力)、振動
劣化、光劣化、及び順バイアス電圧印加時の振動劣化、
光劣化の測定を実施例1と同様に行った。初期光電変換
効率の測定の結果、(SC実17)に対して(SC比1
7−1)、(SC比17−2)の初期光電変換効率は以
下のようになった。 (SC比17−1) 0.95倍 (SC比17−2) 0.96倍 振動劣化及び光劣化の測定の結果、(SC実17)に対
して(SC比17−1)、(SC比17−2)の光劣化
後の光電変換効率の低下率、及び振動劣化後の光電変換
効率の低下率は以下のようになった。
Solar cell (SC Ex 17) and (SC ratio 17
-1) and (SC ratio 17-2) were produced by 6 pieces respectively, and initial photoelectric conversion efficiency (photovoltaic power / incident optical power), vibration deterioration, light deterioration, and vibration deterioration at the time of applying a forward bias voltage,
The photodegradation was measured in the same manner as in Example 1. As a result of the measurement of the initial photoelectric conversion efficiency, (SC ex. 17) (SC ratio 1
The initial photoelectric conversion efficiencies of 7-1) and (SC ratio 17-2) are as follows. (SC ratio 17-1) 0.95 times (SC ratio 17-2) 0.96 times As a result of measurement of vibration deterioration and optical deterioration, (SC ratio 17-1), (SC ratio 17-1), (SC ratio 17) The rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after photodegradation and the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after vibration degradation of Comparative 17-2) were as follows.

【0193】 順バイアスを印加して振動劣化、及び光劣化の測定を行
った結果、(SC実17)に対して (SC比17−
1)、(SC比17−2)の振動劣化後の光電変換効率
の低下率、及び光劣化後の光電変換効率の低下率は以下
のようになった。
[0193] As a result of measuring the vibration deterioration and the light deterioration by applying a forward bias, (SC ratio 17-
1), (SC ratio 17-2), the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after vibration deterioration and the rate of decrease in photoelectric conversion efficiency after light deterioration were as follows.

【0194】 光学顕微鏡を用いて層剥離の様子を観察した。(SC実
17−1)、(SC比17−1)では層剥離は見られな
かったが、(SC比17−2)では層剥離が僅かに見ら
れた。
[0194] The state of delamination was observed using an optical microscope. In (SC Ex 17-1) and (SC ratio 17-1), no delamination was observed, but in (SC ratio 17-2), delamination was slightly observed.

【0195】次に、ガラス基板とシリコンウェハを用
い、SiH4 ガス流量、SiF4 ガス流量が時間的に一
定にし、層厚を1μmとする以外は実施例17と同じ条
件でi型層のサンプルを作製した。さらに、SiH4
スとSiF4 ガスとのトータル流量は同じにして、Si
4 ガスとSiF4 ガス流量を変えたサンプルを作製し
た。分光光度計を用いて作製したガラス基板サンプルの
バンドギャップ(Eg)を求め、さらに、2次イオン質
量分析装置(SIMS)を用いてシリコンウェハサンプ
ルの水素含有量を測定した。その結果、i型層中のバン
ドギャップは水素含有量に依存することが分かった。
Next, using a glass substrate and a silicon wafer, an i-type layer sample was prepared under the same conditions as in Example 17 except that the SiH 4 gas flow rate and the SiF 4 gas flow rate were made constant over time and the layer thickness was 1 μm. Was produced. Furthermore, the total flow rate of SiH 4 gas and SiF 4 gas is the same, and Si
Samples with different flow rates of H 4 gas and SiF 4 gas were prepared. The band gap (Eg) of the glass substrate sample produced using a spectrophotometer was determined, and the hydrogen content of the silicon wafer sample was measured using a secondary ion mass spectrometer (SIMS). As a result, it was found that the band gap in the i-type layer depends on the hydrogen content.

【0196】また、SIMSを用いて、作製した(SC
実17)の層厚方向に対する水素含有量の変化及びアル
カリ土類金属含有量の変化を求めたところ、図11−b
のようになった。さらに、水素含有量とバンドギャップ
の関係を用いて、これらの層厚方向に対するバンドギャ
ップの変化を求めたところ、図11−cのようになっ
た。
Further, it was prepared by using SIMS (SC
When the change in the hydrogen content and the change in the alkaline earth metal content in the layer thickness direction of Ex. 17) were obtained, FIG.
It became like. Further, when the change in the band gap in the layer thickness direction was obtained by using the relationship between the hydrogen content and the band gap, it was as shown in FIG. 11-c.

【0197】同様に、(SC比17−1)の水素含有量
及びアルカリ土類金属含有量を求めたところ、層厚方向
に対するバンドギャップの変化はなく、一定で、バンド
ギャップは1.73(eV)であることがわかった。同
様に、(SC比17−2)の水素含有量及びアルカリ土
類金属含有量を求めたところ、層厚方向に対する水素含
有量の変化は図11−bと同様な結果となり、バンドギ
ャップの変化も図11−cと同様な結果となった。
Similarly, when the hydrogen content and the alkaline earth metal content of (SC ratio 17-1) were determined, the band gap did not change in the layer thickness direction and was constant, and the band gap was 1.73 ( eV). Similarly, when the hydrogen content and the alkaline earth metal content of (SC ratio 17-2) were obtained, the change in the hydrogen content with respect to the layer thickness direction was the same result as in FIG. 11-b, and the change in the band gap was obtained. Also produced the same results as in FIG. 11-c.

【0198】このように層厚方向に対する水素含有量、
及びバンドギャップの変化は、導入されるRF電力に依
存し、層厚方向に対するアルカリ土類金属含有量の変化
は、導入するターゲット電力に依存することが分かっ
た。また、高温度環境における振動劣化、光劣化、及び
高湿度環境における振動劣化、光劣化を測定したが、同
様に(SC実17)が(SC比17−1)、(SC比1
7−2)よりも優れた特性を有していた。
Thus, the hydrogen content in the layer thickness direction,
It was found that the change in the band gap and the band gap depended on the introduced RF power, and the change in the alkaline earth metal content in the layer thickness direction depended on the introduced target power. Further, vibration deterioration and light deterioration in a high temperature environment, and vibration deterioration and light deterioration in a high humidity environment were measured. Similarly, (SC ex. 17) was (SC ratio 17-1), (SC ex.
It had better characteristics than 7-2).

【0199】さらに、上記の環境で順バイアス印加した
場合も、同様に(SC実17)が(SC比17−1)、
(SC比17−2)よりも優れた特性を有していた。以
上のように本実施例の太陽電池(SC実17)が従来の
太陽電池(SC比17−1)、(SC比17−2)より
もさらに優れた特性を有することが分かった。 (実
施例18)実施例17において、i型層を形成する際、
RF電力、ターゲット電力の変化パターンを変えて、ア
ルカリ土類金属含有量、水素含有量が図6−bのように
変化している太陽電池(SC実18)を作製した。実施
例17と同様な測定を行ったところ、(SC実18)の
太陽電池は(SC実17)と同様に、従来の太陽電池
(SC比17−1)、(SC比17−2)よりもさらに
優れた特性を有することが分かった。
Further, even when the forward bias is applied in the above environment, (SC Ex 17) becomes (SC Comp Ex 17-1),
(SC ratio 17-2) had better characteristics. As described above, it was found that the solar cell (SC Ex 17) of the present example had more excellent characteristics than the conventional solar cells (SC ratio 17-1) and (SC ratio 17-2). (Example 18) In Example 17, when the i-type layer was formed,
A solar cell (SC Ex 18) in which the alkaline earth metal content and the hydrogen content were changed as shown in FIG. 6-b was produced by changing the change patterns of the RF power and the target power. When the same measurement as in Example 17 was performed, the solar cell of (SC Ex 18) was similar to that of (SC Ex 17), but the conventional solar cells (SC ratio 17-1) and (SC ratio 17-2) Was found to have even better properties.

【0200】(実施例19)図1−cの層構成を有する
フォトダイオード(PD実3)を作製した。まず、基板
の作製を行った。厚さ0.5mm、20×20mm2
ガラス基板をアセトンとイソプロパノールで超音波洗浄
し、温風乾燥させ、真空蒸着法で室温にてガラス基板表
面上に層厚0.1μmのAlの光反射層を形成し、基板
の作製を終えた。
Example 19 A photodiode (PD Ex 3) having the layer structure shown in FIG. 1-c was produced. First, a substrate was manufactured. Ultrasonic cleaning a 0.5 × 20 mm × 20 × 20 mm 2 glass substrate with acetone and isopropanol, drying with warm air, and light reflection of Al with a layer thickness of 0.1 μm on the glass substrate surface at room temperature by vacuum deposition. The layers were formed and the fabrication of the substrate was completed.

【0201】実施例17と同様な方法で基板上にMWn
型層(a−SiC)、RFn型層(a−SiC)、i型
層(a−Si)、RFp型層(μc−SiC)を順次形
成した。また、i型層を形成する際、RF電力、ターゲ
ット電力を時間的に変化させて、アルカリ土類金属有
量、水素含有量が図6−cのように変化したフォトダイ
オード(PD実19)を作製した。半導体層の層形成条
件を表5に示す。 次に、RFp型層上に実施例17と
同様な透明電極と集電電極を形成した。
MWn was formed on the substrate in the same manner as in Example 17.
The type layer (a-SiC), the RFn type layer (a-SiC), the i-type layer (a-Si), and the RFp-type layer (μc-SiC) were sequentially formed. Further, when forming the i-type layer, the RF power and the target power were temporally changed to change the alkaline earth metal content and the hydrogen content as shown in FIG. 6-c. Was produced. Table 5 shows the layer forming conditions of the semiconductor layer. Next, a transparent electrode and a collector electrode similar to those in Example 17 were formed on the RF p-type layer.

【0202】(比較例19−1)i型層を形成する際、
比較例17−1と同様にRF電力、ターゲット電力を時
間的に変化させない以外は、実施例19と同じ条件でフ
ォトダイオード(PD比19−1)を作製した。 (比較例19−2)RFn型層は形成せず、MWn型層
の層厚は40nmとする以外は実施例19と同じ条件で
フォトダイオード(PD比19−2)を作製した。
(Comparative Example 19-1) When forming an i-type layer,
A photodiode (PD ratio 19-1) was produced under the same conditions as in Example 19 except that the RF power and the target power were not changed with time as in Comparative Example 17-1. (Comparative Example 19-2) A photodiode (PD ratio 19-2) was produced under the same conditions as in Example 19 except that the RFn type layer was not formed and the MWn type layer had a layer thickness of 40 nm.

【0203】作製したフォトダイオードのオンオフ比
(AM1.5光を照射したときの光電流/暗電流 測定
周波数10kHz)を測定した。更に実施例17と同様
な測定をオンオフ比について行った。結果、本実施例の
フォトダイオード(PD実19)は従来のフォトダイオ
ード(PD比19−1)、(PD比19−2)よりもさ
らに優れた特性を有することが分かった。
The on / off ratio (photocurrent / dark current measurement frequency of 10 kHz when irradiated with AM1.5 light) of the manufactured photodiode was measured. Furthermore, the same measurement as in Example 17 was performed for the on / off ratio. As a result, it was found that the photodiode (PD Ex 19) of the present example had better characteristics than the conventional photodiodes (PD ratio 19-1) and (PD ratio 19-2).

【0204】(実施例20)n型層とp型層の積層順序
を逆にした、nip型構造を有する図1−bの太陽電池
を作製した。実施例17と同様に基板上にRFp型層
(μc−Si)、i型層(a−Si)、RFn型層(a
−SiC)、MWn型層(a−SiC)を形成した。i
型層を形成する際、ターゲット電力を時間的に変化させ
て、アルカリ土類金属含有量が図6−aのように層厚方
向に変化させた。半導体層の層形成条件は表6に示す。
Example 20 A solar cell of FIG. 1-b having a nip type structure was manufactured by reversing the stacking order of the n type layer and the p type layer. As in Example 17, the RF p-type layer (μc-Si), the i-type layer (a-Si), and the RF n-type layer (a) were formed on the substrate.
-SiC) and a MWn type layer (a-SiC) were formed. i
When forming the mold layer, the target electric power was changed with time to change the alkaline earth metal content in the layer thickness direction as shown in FIG. 6-a. Table 6 shows the layer forming conditions for the semiconductor layer.

【0205】半導体層以外の層および基板は実施例17
と同じ条件で太陽電池(SC実20)を作製した。 (比較例20−1)i型層を形成する際、比較例17−
1と同様にRF電力、ターゲット電力を時間的に変化さ
せない以外は、実施例20と同じ条件で太陽電池(SC
比20−1)を作製した。
The layers other than the semiconductor layer and the substrate were the same as in Example 17.
A solar cell (SC Ex 20) was produced under the same conditions as described above. (Comparative Example 20-1) When forming an i-type layer, Comparative Example 17-
Similar to Example 1, except that the RF power and the target power are not changed with time, the solar cell (SC
Ratio 20-1) was produced.

【0206】(比較例20−2)RFn型層は形成せ
ず、MWn型層の層厚は20nmとする以外は実施例2
0と同じ条件で太陽電池(SC比20−2)を作製し
た。実施例17と同様な測定を行ったところ、本実施例
の太陽電池(SC実20)は従来の太陽電池(SC比2
0−1)、(SC比20−2)よりもさらに優れた特性
を有することが分かった。
Comparative Example 20-2 Example 2 was repeated except that the RFn type layer was not formed and the layer thickness of the MWn type layer was 20 nm.
A solar cell (SC ratio 20-2) was produced under the same conditions as 0. When the same measurement as in Example 17 was performed, the solar cell of this example (SC Ex 20) was a conventional solar cell (SC ratio 2
It was found that it has more excellent characteristics than 0-1) and (SC ratio 20-2).

【0207】(実施例21)i型層,MWp型層、RF
p型層にフッ素含有させ、界面近傍で含有量が最小とな
っている太陽電池を作製した。i型層、MWp型層、R
Fp型層を形成する際、SiF4 を新たに導入し、Si
4 ガス流量を時間的に変化させて、図3−aのような
フッ素含有量の変化パターンを得た。これ以外は実施例
17と同じ条件で作製した。実施例17と同様な測定を
行ったところ、(SC実21)は(SC実17)よりも
さらに優れた特性を有することが分かった。また、層剥
離は観察されなかった。
(Example 21) i-type layer, MWp-type layer, RF
The p-type layer was made to contain fluorine, and a solar cell having a minimum content near the interface was produced. i-type layer, MWp-type layer, R
When forming the Fp type layer, SiF 4 is newly introduced to
By changing the F 4 gas flow rate with time, a change pattern of the fluorine content as shown in FIG. Except for this, it was manufactured under the same conditions as in Example 17. When the same measurement as in Example 17 was performed, it was found that (SC Ex. 21) had better characteristics than (SC Ex. 17). Moreover, delamination was not observed.

【0208】(実施例22)MWp型層及びRFp型層
の界面近傍で水素含有量が最大となっている太陽電池を
作製した。MW電力を時間変化させて、図6−cのよう
な水素含有量の変化パターンを得た。これ以外は実施例
17と同じ条件で作製した。実施例17と同様な測定を
行ったところ、(SC実22)は(SC実17)よりも
さらに優れた特性を有することが分かった。
Example 22 A solar cell having the maximum hydrogen content near the interface between the MWp type layer and the RFp type layer was produced. By changing the MW power with time, a change pattern of hydrogen content as shown in FIG. 6-c was obtained. Except for this, it was manufactured under the same conditions as in Example 17. When the same measurement as that of Example 17 was performed, it was found that (SC Ex. 22) had even better characteristics than (SC Ex. 17).

【0209】(実施例23)MWp型層、RFp型層の
界面近傍で価電子制御剤の含有量が最大となっている太
陽電池を作製した。導入する価電子制御剤の原料ガスを
時間変化させて、図12−bのようにB原子の含有量を
変化させた。これ以外は実施例17と同じ条件で作製し
た。実施例17と同様な測定を行ったところ、(SC実
23)は(SC実17)よりもさらに優れた特性を有す
ることが分かった。
(Example 23) A solar cell in which the content of the valence electron control agent was maximum near the interface between the MWp type layer and the RFp type layer was produced. The raw material gas of the valence electron control agent to be introduced was changed with time to change the content of B atoms as shown in FIG. 12-b. Except for this, it was manufactured under the same conditions as in Example 17. When the same measurement as in Example 17 was performed, it was found that (SC Ex. 23) had better characteristics than (SC Ex. 17).

【0210】(実施例24)図1−aの構造を有する太
陽電池を作製した。実施例17と同様に基板上にMWn
型層(μc−Si)、RFn型層(a−Si)、i型層
(a−Si)、RFp型層(a−SiC)、MWp型層
(μc−SiC)を順次積層した。半導体層以外は実施
例17と同じものを用いた。作製した太陽電池(SC実
24)は(SC実17)よりもさらに優れた特性を有す
ることが分かった。
Example 24 A solar cell having the structure of FIG. 1-a was produced. MWn on the substrate as in Example 17
The type layer (μc-Si), the RFn type layer (a-Si), the i type layer (a-Si), the RFp type layer (a-SiC), and the MWp type layer (μc-SiC) were sequentially laminated. The same material as in Example 17 was used except for the semiconductor layer. It was found that the manufactured solar cell (SC Ex. 24) had better characteristics than (SC Ex. 17).

【0211】(実施例25)i型層にa−SiCを用
い、MWPCVD法を用いてアルカリ土類金属を含有さ
せた太陽電池を作製した。まず、図4のターゲット、タ
ーゲット電極、ターゲットシャッターを堆積室内から取
り除いた。i型層を形成する際、新たにCH4ガスとH
eガスでバブリングしたMg(NO32 ・6H2 O/
Heガスを用いた。CH4 ガス流量を20sccmと
し、Mg(NO32 ・6H2 O/Heガス流量は時間
的に変化させて、アルカリ土類金属含有量が図11−b
となるようにした。他の条件は実施例17と同じ条件で
太陽電池(SC実25)を作製した。
Example 25 Using a-SiC for the i-type layer, a solar cell containing an alkaline earth metal was prepared by the MWPCVD method. First, the target, target electrode, and target shutter shown in FIG. 4 were removed from the deposition chamber. When forming the i-type layer, CH 4 gas and H are newly added.
bubbling with e gas was Mg (NO 3) 2 · 6H 2 O /
He gas was used. CH 4 gas flow rate and 20sccm, Mg (NO 3) 2 · 6H 2 O / He gas flow rate is temporally varied, alkaline earth metal content Figure 11-b
So that A solar cell (SC Ex 25) was manufactured under the same conditions as in Example 17 except for the above.

【0212】(比較例25−1)i型層を形成する際、
Mg(NO32 ・6H2 O/Heガス流量を時間的に
一定とする以外は、実施例25と同じ条件で太陽電池
(SC比25−1)を作製した。 (比較例25−2)RFp型層は形成せず、MWp型層
の層厚は20nmとする以外は実施例25と同じ条件で
太陽電池(SC比25−2)を作製した。
(Comparative Example 25-1) When forming an i-type layer,
Except that the Mg (NO 3) 2 · 6H 2 O / He gas flow rate temporally constant, to prepare the solar cell (SC ratio 25-1) under the same conditions as in Example 25. (Comparative Example 25-2) A solar cell (SC ratio 25-2) was produced under the same conditions as in Example 25 except that the RFp type layer was not formed and the layer thickness of the MWp type layer was 20 nm.

【0213】実施例17と同様な測定を行ったところ、
本実施例の太陽電池(SC実25)は従来の太陽電池
(SC比25−1)、(SC比25−2)よりもさらに
優れた特性を有することが分かった。 (実施例26)i型層にa−SiGeを用い、アルカリ
土類金属としてベリリウム、マグネシウム、カルシウム
をともに含有させた太陽電池を作製した。まず、ターゲ
ットとしてBeF2 、MgF2 、CaF2 、を1:2:
1に混合させたものに交換し、i型層を形成する際、新
たにGeF4 ガスを用い、GeF4 ガス流量を30sc
cm導入し、層厚を250nmにする以外は実施例17
と同じ条件で太陽電池(SC実26)を作製した。
When the same measurement as in Example 17 was carried out,
It was found that the solar cell (SC Ex 25) of the present example had better characteristics than the conventional solar cells (SC ratio 25-1) and (SC ratio 25-2). (Example 26) A solar cell was prepared in which a-SiGe was used for the i-type layer and beryllium, magnesium, and calcium were both contained as alkaline earth metals. First, BeF 2 , MgF 2 , and CaF 2 are used as targets in a ratio of 1: 2 :.
When the i-type layer was formed by exchanging with a mixture of 1 and 1, GeF 4 gas was newly used and the GeF 4 gas flow rate was 30 sc.
cm was introduced and the layer thickness was set to 250 nm.
A solar cell (SC Ex 26) was produced under the same conditions as described above.

【0214】(比較例26−1)i型層を形成する際、
比較例17−1と同様にRF電力、ターゲット電力を時
間的に変化させない以外は、実施例26と同じ条件で太
陽電池(SC比26−1)を作製した。 (比較例26−2)RFn型層は形成せず、MWn型層
の層厚は20nmとする以外は実施例26と同じ条件で
太陽電池(SC比26−2)を作製した。
(Comparative Example 26-1) When forming an i-type layer,
A solar cell (SC ratio 26-1) was produced under the same conditions as in Example 26, except that the RF power and the target power were not changed with time as in Comparative Example 17-1. (Comparative Example 26-2) A solar cell (SC ratio 26-2) was produced under the same conditions as in Example 26 except that the RFn type layer was not formed and the MWn type layer had a layer thickness of 20 nm.

【0215】実施例17と同様な測定を行ったところ、
本実施例の太陽電池(SC実26)は従来の太陽電池
(SC比26−1)、(SC比26−2)よりもさらに
優れた特性を有することが分かった。 (実施例27)i型層にa−SiSnを用い、ターゲッ
トにRFプラズマCVD法による電源の代わりにDC電
源を接続し、アルカリ土類金属としてストロンチウムを
含有させた太陽電池を作製した。まず、ターゲットをS
rに交換し、i型層を形成する際、新たにSnH4 ガス
を導入しDC電力を時間変化させ、アルカリ土類金属含
有量を図6−aのようにした。さらにSnH4 ガス流量
を20sccm、とする以外は実施例17と同じ条件で
太陽電池(SC実27)を作製した。
When the same measurement as in Example 17 was carried out,
It was found that the solar cell (SC Ex 26) of the present example had more excellent characteristics than the conventional solar cells (SC ratio 26-1) and (SC ratio 26-2). (Example 27) Using a-SiSn for the i-type layer, a DC power source was connected to the target instead of the power source by the RF plasma CVD method, and a solar cell containing strontium as an alkaline earth metal was produced. First, the target is S
When replacing with r and forming an i-type layer, SnH 4 gas was newly introduced and the DC power was changed with time to change the alkaline earth metal content as shown in FIG. 6-a. Furthermore, a solar cell (SC Ex 27) was produced under the same conditions as in Example 17 except that the SnH 4 gas flow rate was 20 sccm.

【0216】(比較例27−1)i型層を形成する際、
比較例17−1と同様にRF電力、ターゲット電力を時
間的に一定とする以外は、実施例27と同じ条件で太陽
電池(SC比27−1)を作製した。 (比較例27−2)RFn型層は形成せず、MWn型層
の層厚は20nmとする以外は実施例27と同じ条件で
太陽電池(SC比27−2)を作製した。
(Comparative Example 27-1) When forming an i-type layer,
A solar cell (SC ratio 27-1) was produced under the same conditions as in Example 27, except that the RF power and the target power were set constant over time as in Comparative Example 17-1. (Comparative Example 27-2) A solar cell (SC ratio 27-2) was produced under the same conditions as in Example 27 except that the RFn type layer was not formed and the layer thickness of the MWn type layer was 20 nm.

【0217】実施例17と同様な測定を行ったところ、
本実施例の太陽電池(SC実27)は従来の太陽電池
(SC比27−1)、(SC比27−2)よりもさらに
優れた特性を有することが分かった。 (実施例28)RFp型層とi型層の間、RFn型層と
i型層の間にPR−i層を有する図1−fの太陽電池を
作製した。その他の層は実施例25と同様な方法で太陽
電池を作製した。2つのRF−i型層はa−Siからな
り、SiH4 ガス流量が2sccm、H2 ガス流量が5
0sccm、堆積室内の圧力が1.0Torr、導入す
るRF電力が0.01W/cm3 、基板温度が270
℃、層厚が20nmの条件で形成した。作製した太陽電
池(SC実28)は(SC実24)よりもさらに優れた
特性を有することが分かった。
When the same measurement as in Example 17 was carried out,
It was found that the solar cell (SC Ex 27) of the present example had better characteristics than the conventional solar cells (SC ratio 27-1) and (SC ratio 27-2). (Example 28) The solar cell of FIG. 1-f having a PR-i layer between the RF p-type layer and the i-type layer and between the RF n-type layer and the i-type layer was produced. For other layers, a solar cell was manufactured in the same manner as in Example 25. The two RF-i type layers are made of a-Si and have a SiH 4 gas flow rate of 2 sccm and an H 2 gas flow rate of 5
0 sccm, pressure inside the deposition chamber is 1.0 Torr, RF power to be introduced is 0.01 W / cm 3 , substrate temperature is 270
It was formed under the conditions of the temperature of 20 ° C. and the layer thickness of 20 nm. It was found that the produced solar cell (SC Ex. 28) had even better characteristics than (SC Ex. 24).

【0218】(実施例29)MWPCVD法を用いた図
4の堆積装置を使用して図7に示すトリプル型太陽電池
を作製した。まず、実施例13と同様にして基板の作製
を行った。続いて、実施例17と同様な方法で基板上に
第1のMWn型層(μc−Si 層厚10μm)を形成
し、さらに第1のRFn型層(a−Si 層厚10μ
m)、第1のi型層(a−SiGe)、第1のRFp型
層(a−Si 層厚10nm)、第1のMWp型層(μ
c−Si 層厚10nm)、第2のRFn型層(μc−
Si)、第2のi型層(a−Si)、第2のRFp型層
(a−SiC 層厚10nm)、第2のMWp型層(μ
c−Sic 層厚10nm)、第3のRFn型層(a−
SiC)、第3のi型層(a−SiC)、第3のRFp
型層(a−SiC 層厚10nm)、第3のMWp型層
(μc−SiC 層厚10nm)を順次形成した。各半
導体層を形成する際、SiF4 ガスを導入し、亜siH
4 ガス流量とSiF4 ガス流量を時間変化させて、各層
の水素含有量の層厚方向が図6−cとなるようにし、フ
ッ素含有量の層厚方向の変化を図3−cのようにした。
さらに、ターゲット電力を時間変化させてアルカリ土類
金属含有量を図6−cのようにした。次に第3のMWp
型層上に実施例17と同様な透明電極を形成した。
Example 29 A triple type solar cell shown in FIG. 7 was produced using the deposition apparatus of FIG. 4 using the MWPCVD method. First, a substrate was manufactured in the same manner as in Example 13. Subsequently, a first MWn-type layer (μc-Si layer thickness 10 μm) was formed on the substrate by the same method as in Example 17, and further a first RFn-type layer (a-Si layer thickness 10 μm).
m), the first i-type layer (a-SiGe), the first RFp-type layer (a-Si layer thickness 10 nm), the first MWp-type layer (μ
c-Si layer thickness 10 nm), second RF n-type layer (μc-
Si), the second i-type layer (a-Si), the second RFp-type layer (a-SiC layer thickness 10 nm), the second MWp-type layer (μ
c-Sic layer thickness 10 nm), third RFn-type layer (a-
SiC), third i-type layer (a-SiC), third RFp
The type layer (a-SiC layer thickness 10 nm) and the third MWp type layer (μc-SiC layer thickness 10 nm) were sequentially formed. When forming each semiconductor layer, SiF 4 gas is introduced, and
By changing the 4 gas flow rate and the SiF 4 gas flow rate with time, the layer thickness direction of the hydrogen content of each layer becomes as shown in FIG. 6-c, and the fluorine content change in the layer thickness direction as shown in FIG. did.
Further, the target electric power was changed with time to change the alkaline earth metal content as shown in FIG. 6-c. Then the third MWp
A transparent electrode similar to that in Example 17 was formed on the mold layer.

【0219】次に透明電極上に実施例1と同様な集電電
極を真空蒸着法で形成した。以上でトリプル型太陽電池
(SC実29)の作製を終えた。 (比較例29−1)各半導体層を形成する際、ターゲッ
ト電力を時間的に一定とする以外は、実施例29と同じ
条件で太陽電池(SC比29−1)を作製した。
Next, a collector electrode similar to that of Example 1 was formed on the transparent electrode by vacuum vapor deposition. This completes the production of the triple solar cell (SC Ex 29). (Comparative Example 29-1) A solar cell (SC ratio 29-1) was produced under the same conditions as in Example 29, except that the target power was constant over time when each semiconductor layer was formed.

【0220】(比較例29−2)第1のRFn型層、第
1のRFp型層、第2のRFp型層、および第3のRF
p型層は形成せず、第1のMWn型層、第1のMWp型
層、第2のMWp型層、および第3のMWp型層の層厚
は20nmとする以外は実施例29と同じ条件で太陽電
池(SC比29−2)を作製した。実施例17と同様な
測定を行ったところ、本実施例の太陽電池(SC実2
9)は、従来の太陽電池(SC比29−1)、(SC比
29−2)よりもさらに優れた特性を有することが分か
った。
(Comparative Example 29-2) First RF n-type layer, first RF p-type layer, second RF p-type layer, and third RF
The same as Example 29 except that the p-type layer was not formed, and the layer thicknesses of the first MWn-type layer, the first MWp-type layer, the second MWp-type layer, and the third MWp-type layer were 20 nm. A solar cell (SC ratio 29-2) was produced under the conditions. When the same measurement as in Example 17 was performed, the solar cell of this example (SC Ex 2
It was found that 9) had even better characteristics than the conventional solar cells (SC ratio 29-1) and (SC ratio 29-2).

【0221】(実施例30)図9のロール・ツー・ロー
ル法を用いた堆積装置を使用して、図8のタンデム型太
陽電池を作製した。実施例14と同様にして基板上に光
反射層、光反射増加層を形成した後、各堆積室にRF電
力、またはMW電力を導入してグロー放電を生起し、そ
れぞれの半導体層を形成した。
Example 30 A tandem solar cell shown in FIG. 8 was produced using the deposition apparatus using the roll-to-roll method shown in FIG. After forming the light reflection layer and the light reflection increasing layer on the substrate in the same manner as in Example 14, RF power or MW power was introduced into each deposition chamber to cause glow discharge, and each semiconductor layer was formed. .

【0222】基板上に堆積室901で第1のMWn型層
(μc−Si 層厚20nm)を形成し、さらに堆積室
902で第1のRFn型層(a−Si 層厚10n
m)、堆積室903で第1のi型層(a−SiGe 層
厚180nm)、堆積室904で第1のRFp型層(a
−Si 層厚10nm)、堆積室905で第1のMWp
型層(μc−Si 層厚10nm)、堆積室906で第
2のRFn型層(μc−Si 層厚20nm)、堆積室
907で第2のi型層(a−Si 層厚250nm)、
堆積室908で第2のRFp型層(a−SiC 層厚1
0nm)、堆積室909で第2のMWp型層(μc−S
iC 層厚10nm)を順次形成した。第1のi型層、
第2のi型層を形成する堆積室903,907の原料ガ
ス入り口は複数に別れており、それぞれの入り口から原
料ガスを流入させた。第1のi型層を形成する際、Si
4 ガス流量の基板の搬送方向に対する変化パターンが
矢印926のようにして、i型層の水素含有量の層厚方
向変化を図6−cのようにし、フッ素含有量の層厚方向
変化は図3−cのようになる。基板の搬送が終わったと
ころで、すべてのMW電源、RF電源、ターゲット電源
を切り、グロー放電を止め、原料ガス、掃気ガスの流入
を止めた。装置全体をリークし、巻き取られた基板を取
り出した。次にロール・ツーロール法を用いたスパッタ
リング装置で第2のMWp型層上に170℃で層厚70
nmのITOからなる透明電極を連続形成した。
A first MWn type layer (μc-Si layer thickness 20 nm) is formed on the substrate in a deposition chamber 901, and a first RFn type layer (a-Si layer thickness 10 n) is further deposited in the deposition chamber 902.
m), the first i-type layer (a-SiGe layer thickness 180 nm) in the deposition chamber 903, and the first RFp-type layer (a) in the deposition chamber 904.
-Si layer thickness 10 nm), first MWp in deposition chamber 905
Type layer (μc-Si layer thickness 10 nm), the second RFn type layer (μc-Si layer thickness 20 nm) in the deposition chamber 906, the second i-type layer (a-Si layer thickness 250 nm) in the deposition chamber 907,
In the deposition chamber 908, the second RF p-type layer (a-SiC layer thickness 1
0 nm), the second MWp-type layer (μc-S) in the deposition chamber 909.
The iC layer thickness of 10 nm) was sequentially formed. The first i-type layer,
The raw material gas inlets of the deposition chambers 903 and 907 for forming the second i-type layer are divided into a plurality of portions, and the raw material gas was introduced from each of the inlets. When forming the first i-type layer, Si
The change pattern of the F 4 gas flow rate with respect to the substrate transport direction is as indicated by an arrow 926, the change in the hydrogen content of the i-type layer in the layer thickness direction is as shown in FIG. 6C, and the change in the fluorine content in the layer thickness direction is It looks like Figure 3-c. When the transfer of the substrate was completed, all MW power supplies, RF power supplies, and target power supplies were turned off, glow discharge was stopped, and inflow of raw material gas and scavenging gas was stopped. The entire apparatus was leaked and the wound substrate was taken out. Then, a layer thickness of 70 at 170 ° C. is formed on the second MWp type layer by a sputtering apparatus using a roll-to-roll method.
A transparent electrode made of ITO of nm was continuously formed.

【0223】次にこの基板の一部を50mm×50mm
の大きさに切断し、スクリーン印刷法で層厚5μm、線
幅0.5mmのカーボンペーストの印刷をし、その上に
層厚10μm、線幅0.5mmの銀ペーストを印刷し、
集電電極を形成した。以上でロール・ツーロール法を用
いたタンデム型太陽電池(SC実30)の作製を終え
た。
Next, a part of this substrate is set to 50 mm × 50 mm.
The size is cut, and a screen printing method is used to print a carbon paste having a layer thickness of 5 μm and a line width of 0.5 mm, and a silver paste having a layer thickness of 10 μm and a line width of 0.5 mm is printed thereon.
A collector electrode was formed. Thus, the production of a tandem solar cell (SC Ex 30) using the roll-to-roll method was completed.

【0224】(比較例30−1)第1のi型層、および
第2のi型層を形成する際に、表面積の大きなターゲッ
トを用い、アルカリ土類金属含有量が層厚方向に対して
均一になるようにする以外は、実施例30と同じ条件で
太陽電池(SC比30−1)を作製した。 (比較例30−2)第1のRFn型層、第1のRFp型
層、および第2のRFp型層は形成せず、第1のMWn
型層を30μm、第1のMWp型層および第MWp型層
の層厚は20nmとする以外は実施例30と同じ条件で
太陽電池(SC比30−3)を作製した。
(Comparative Example 30-1) When forming the first i-type layer and the second i-type layer, a target having a large surface area was used, and the alkaline earth metal content was in the layer thickness direction. A solar cell (SC ratio 30-1) was produced under the same conditions as in Example 30 except that the solar cell was made uniform. (Comparative Example 30-2) The first RFn-type layer, the first RFp-type layer, and the second RFp-type layer were not formed, and the first MWn
A solar cell (SC ratio 30-3) was produced under the same conditions as in Example 30, except that the mold layer was 30 μm, and the layer thicknesses of the first MWp type layer and the MWp type layer were 20 nm.

【0225】実施例17と同様な測定を行ったところ、
本実施例の太陽電池(SC実30)は、従来の太陽電池
(SC比30−1),(SC比30−2)よりもさらに
優れた特性を有することが分かった。 (実施例31)図9の堆積装置を使用して作製したタン
デム型太陽電池をモジュール化し、発電システムに応用
し、フィールドテストを行った。
When the same measurement as in Example 17 was carried out,
It was found that the solar cell (SC Ex 30) of the present example had better characteristics than the conventional solar cells (SC ratio 30-1) and (SC ratio 30-2). (Example 31) A tandem solar cell manufactured by using the deposition apparatus of FIG. 9 was modularized, applied to a power generation system, and subjected to a field test.

【0226】実施例30で作製した光未照射の50mm
×50mmのトリプル型太陽電池(SC実30)を65
個を用意し、実施例15と同様にしてモジュール化し
た。作製したモジュールの初期光電変換効率を実施例1
7と同様な方法で測定しておいた。図10の発電システ
ムを示す回路に接続し、負荷には夜間点灯する外灯を使
用した。システム全体は蓄電池、及びモジュールの電力
によって稼働する。この発電システムを(SBS実3
1)と呼ぶことにする。
50 mm not irradiated with light prepared in Example 30
65 x 50mm triple solar cells (SC 30)
Individual pieces were prepared and modularized in the same manner as in Example 15. Example 1 shows the initial photoelectric conversion efficiency of the manufactured module.
It was measured in the same manner as in 7. An external light that was turned on at night was used as a load, which was connected to the circuit showing the power generation system. The entire system is operated by the storage battery and the power of the module. This power generation system (SBS 3
I will call it 1).

【0227】(比較例31)光未照射の従来のタンデム
型太陽電池(SC比30−1),(SC比30−2)を
65個用いて実施例31と同様にモジュール化し、初期
光電変換効率を測定しておいた。このモジュールを実施
例15と同様な発電システムに接続した。これらの発電
システムを(SBS比31−1),(SBS比31−
2)と呼ぶことにする。
(Comparative Example 31) A conventional tandem type solar cell (SC ratio 30-1) and (SC ratio 30-2), which had not been irradiated with light, was used as a module in the same manner as in Example 31, and the initial photoelectric conversion was performed. The efficiency was measured. This module was connected to the same power generation system as in Example 15. These power generation systems (SBS ratio 31-1), (SBS ratio 31-
2).

【0228】それぞれのモジュールは最も太陽光を集光
できる角度に設置した。フィールドテストの測定は1年
経過後の光電変換効率を測定し、劣化率(1年後の光電
変換効率/初期光電変換効率)を求めることによって行
った。その結果、本発明の太陽電池を用いた発電システ
ム(SBS実31)は従来の発電システム(SBS比3
1−1),(SBS比31−2)よりもさらに優れた初
期光電変換効率およびフィールド耐久性を有しているこ
とが分かった。
Each module was installed at an angle at which sunlight could be collected most. The measurement of the field test was performed by measuring the photoelectric conversion efficiency after one year and determining the deterioration rate (photoelectric conversion efficiency after one year / initial photoelectric conversion efficiency). As a result, the power generation system using the solar cell of the present invention (SBS Ex 31) is a conventional power generation system (SBS ratio 3
It was found that the initial photoelectric conversion efficiency and field durability were even better than those of 1-1) and (SBS ratio 31-2).

【0229】(実施例32)半導体層に酸素及び窒素原
子を含有する光起電力素子を作製した。 (実施例32−1)i型層を形成する際、O2 /Heガ
スを100sccm、N2 /Heガスを20sccm導
入する以外は実施例17と同じ条件で太陽電池(SC実
32−1)を作製した。
Example 32 A photovoltaic element containing oxygen and nitrogen atoms in the semiconductor layer was produced. (Example 32-1) when forming the i-type layer, O 2 / He gas 100sccm, N 2 / He gas solar under the same conditions as in Example 17 except for introducing 20sccm the cell (SC 32-1) Was produced.

【0230】(実施例32−2)RF−i層型層を形成
する際、O2 /Heガスを2sccm、N2 /Heガス
を1sccm導入する以外は実施例1と同じ条件で太陽
電池(SC実32−2)を作製した。 (実施例32−3)MWp型層を形成する際、O2 /H
eガスを100sccm、N2 /Heガスを20scc
m導入し、RFp型層を形成する際、O2 /Heガスを
2sccm、N2 /Heガスを1sccm導入する以外
は実施例17と同じ条件で太陽電池(SC実32−3)
を作製した。
(Example 32-2) When forming an RF-i layer type layer, a solar cell was formed under the same conditions as in Example 1 except that 2 sccm of O 2 / He gas and 1 sccm of N 2 / He gas were introduced. SC Ex 32-2) was produced. When forming the (Example 32-3) MWp-type layer, O 2 / H
e gas at 100 sccm, N 2 / He gas at 20 sccc
solar cell (SC Ex 32-3) under the same conditions as in Example 17 except that O 2 / He gas was introduced at 2 sccm and N 2 / He gas was introduced at 1 sccm when forming the RF p-type layer.
Was produced.

【0231】実施例17と同様な測定を行ったところ、
これらの太陽電池は、太陽電池(SC実17)よりもさ
らに優れた特性を有することが分かった。作製したこれ
らの太陽電池の酸素原子及び窒素原子の濃度をSIMS
を用いて調べたところ、ほぼ導入した原料ガス(Si)
に対する原料ガス(O)、原料ガス(N)の濃度程度に
含有されていることが分かった。
When the same measurement as in Example 17 was carried out,
It was found that these solar cells had even better characteristics than the solar cell (SC Ex 17). The concentration of oxygen atoms and nitrogen atoms of these fabricated solar cells was measured by SIMS.
Was investigated by using a source gas (Si) almost introduced
It was found that the raw material gas (O) and the raw material gas (N) were contained at about the same concentrations.

【0232】以上のように、本発明の光起電力素子の効
果は、素子構成、素子材料、素子の作製条件に無関係に
発揮されることが実証された。
As described above, it was proved that the effect of the photovoltaic device of the present invention was exhibited regardless of the device structure, device material, and device manufacturing conditions.

【0233】[0233]

【発明の効果】本発明の光起電力素子は光励起キャリア
ーの再結合を防止し、開放電圧及び正孔のキャリアーレ
ンジを向上し、短波長光、長波長光の感度を向上させ、
光電変換効率が向上する。また本発明の光起電力素子は
光劣化、振動劣化を抑制できる。そして本発明の光起電
力素子は、順バイアスを印加した場合にも光劣化、振動
劣化を抑制できる。
The photovoltaic device of the present invention prevents recombination of photoexcited carriers, improves open-circuit voltage and carrier range of holes, and improves sensitivity of short wavelength light and long wavelength light.
The photoelectric conversion efficiency is improved. Further, the photovoltaic element of the present invention can suppress optical deterioration and vibration deterioration. The photovoltaic element of the present invention can suppress optical deterioration and vibration deterioration even when a forward bias is applied.

【0234】さらに本発明の光起電力素子では光起電力
素子を上記のような環境においた場合にも層剥離しない
ものである。さらに本発明の光起電力素子の形成方法に
よれば、光起電力素子の堆積速度を上げることができ、
また原料ガス利用効率が高いため、生産性を飛躍的に向
上させることができる。また本発明の発電システムは高
いフィールド耐久性を有する。
Further, in the photovoltaic element of the present invention, the layers are not separated even when the photovoltaic element is placed in the above environment. Furthermore, according to the method for forming a photovoltaic element of the present invention, the deposition rate of the photovoltaic element can be increased,
Further, since the raw material gas utilization efficiency is high, the productivity can be dramatically improved. Further, the power generation system of the present invention has high field durability.

【表1】 [Table 1]

【表2】 [Table 2]

【表3】 [Table 3]

【表4】 [Table 4]

【表5】 [Table 5]

【表6】 [Table 6]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の光起電力素子の層構成を示す概略図。FIG. 1 is a schematic view showing a layer structure of a photovoltaic element of the present invention.

【図2】価電子制御剤含有量、アルカリ土類金属含有量
の層厚方向変化を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing changes in the valence electron control agent content and the alkaline earth metal content in the layer thickness direction.

【図3】フッ素含有量の層厚方向変化を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing changes in fluorine content in the layer thickness direction.

【図4】堆積装置の一例を示す概略図。FIG. 4 is a schematic view showing an example of a deposition apparatus.

【図5】価電子制御剤の原料ガス流量の時間変化を示す
グラフ。
FIG. 5 is a graph showing the change over time in the raw material gas flow rate of the valence electron control agent.

【図6】水素含有量、アルカリ土類金属含有量、バンド
ギャップの層厚方向変化を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing changes in hydrogen content, alkaline earth metal content, and band gap in the layer thickness direction.

【図7】トリプル型太陽電池の層構成を示すグラフ。FIG. 7 is a graph showing the layer structure of a triple solar cell.

【図8】タンデム型太陽電池の層構成を示す概略図。FIG. 8 is a schematic diagram showing a layer structure of a tandem solar cell.

【図9】ロール・ツー・ロール法を用いた堆積装置の一
例を示す概略図。
FIG. 9 is a schematic view showing an example of a deposition apparatus using a roll-to-roll method.

【図10】発電システムの一例を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing an example of a power generation system.

【図11】ガス流量、水素含有量、バンドギャップの変
化を示すグラフ。
FIG. 11 is a graph showing changes in gas flow rate, hydrogen content, and band gap.

【図12】価電子制御剤の含有量の層厚方向変化示すグ
ラフ。
FIG. 12 is a graph showing changes in the content of a valence electron control agent in the layer thickness direction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,111,121 基板、 102,122 MWn型層、 103,123 RFn型層、 104,114,124 i型層、 105,115 RFp型層、 106,116 MWp型層、 107,117,127 透明電極、 108、118、128 集電電極、 109 光、 112 n型層 125 p型層 130、131、132 RF−i層 400 堆積装置、 401 堆積室、 402 真空計、 403 RF電源、 403 基板、 405 ヒーター、 406 導波管、 407 コンダクタンスバルブ、 408 補助バルブ、 409 リークバルブ、 410 バイアス電極、 411 ガス導入管、 412 アプリケーター、 413 誘電体窓、 414 スパッタ電源、 415 シャッター、 416 ターゲット、 417 ターゲットシャッター、 901〜909 堆積室、 910 基板送り出し室 911 基板巻き取り室、 912 分離通路、 913 長尺状の基板、 914 原料ガスの入り口、 915 原料ガスの排気口、 916 RF電極、 917 マイクロ波アプリケーター、 918 ハロゲンランプヒーター、 919 掃気ガスを流入入り口、 920 送り出しロール、 921,923 ガイドロール、 922 巻き取りロール、 930 ターゲット電極、 931 バイアス電極。 101,111,121 substrate, 102,122 MWn type layer, 103,123 RFn type layer, 104,114,124 i type layer, 105,115 RFp type layer, 106,116 MWp type layer, 107,117,127 transparent Electrode, 108, 118, 128 collector electrode, 109 light, 112 n-type layer 125 p-type layer 130, 131, 132 RF-i layer 400 deposition apparatus, 401 deposition chamber, 402 vacuum gauge, 403 RF power supply, 403 substrate, 405 heater, 406 waveguide, 407 conductance valve, 408 auxiliary valve, 409 leak valve, 410 bias electrode, 411 gas introduction tube, 412 applicator, 413 dielectric window, 414 sputter power supply, 415 shutter, 416 target, 417 target shutter , 901 909 deposition chamber, 910 substrate delivery chamber 911 substrate winding chamber, 912 separation passage, 913 long substrate, 914 source gas inlet, 915 source gas exhaust port, 916 RF electrode, 917 microwave applicator, 918 halogen lamp Heater, 919 scavenging gas inlet / outlet, 920 delivery roll, 921, 923 guide roll, 922 winding roll, 930 target electrode, 931 bias electrode.

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素を含有する非単結晶シリコン系半導
体材料からなるp型層、i型層、n型層を基板上に積層
して構成され、且つ該i型層はアルカリ土類金属を含有
し、マイクロ波プラズマCVD法で形成されてなる光起
電力素子において、該p型層または/及びn型層はマイ
クロ波で形成されたMWドーピング層とRFプラズマC
VD法で形成されたRFドーピング層との積層構造によ
って構成され、且つ該RFドーピング層は該MWドーピ
ング層と該i型層とに挟まれるように配置され、さらに
該i型層のアルカリ土類金属含有量及び水素含有量が厚
さ方向になめらかに変化していることを特徴とする光起
電力素子。
1. A p-type layer, an i-type layer, and an n-type layer made of a non-single-crystal silicon semiconductor material containing hydrogen are laminated on a substrate, and the i-type layer is made of an alkaline earth metal. In a photovoltaic element containing and formed by a microwave plasma CVD method, the p-type layer and / or the n-type layer is a microwave-formed MW doping layer and an RF plasma C.
It is configured by a laminated structure with an RF doping layer formed by the VD method, and the RF doping layer is arranged so as to be sandwiched between the MW doping layer and the i-type layer, and the alkaline earth of the i-type layer is further formed. A photovoltaic element, characterized in that the metal content and the hydrogen content change smoothly in the thickness direction.
【請求項2】 水素を含有する非単結晶シリコン系半導
体材料からなるp型層、i型層、n型層を基板上に積層
して構成され、且つ該i型層はアルカリ土類金属を含有
し、マイクロ波プラズマCVD法で形成されてなる光起
電力素子において、該p型層または/及びn型層はマイ
クロ波で形成されたMWドーピング層とRFプラズマC
VD法で形成されたRFドーピング層との積層構造によ
って構成され、且つ該RFドーピング層は該MWドーピ
ング層と該i型層とに挟まれるように配置され、さらに
該i型層はドナーとなる価電子制御剤とアクセプターと
なる価電子制御剤をともに含有することを特徴とする光
起電力素子。
2. A p-type layer, an i-type layer, and an n-type layer made of a non-single crystal silicon semiconductor material containing hydrogen are laminated on a substrate, and the i-type layer is made of an alkaline earth metal. In a photovoltaic element containing and formed by a microwave plasma CVD method, the p-type layer and / or the n-type layer is a microwave-formed MW doping layer and an RF plasma C.
It is configured by a laminated structure with an RF doping layer formed by a VD method, and the RF doping layer is arranged so as to be sandwiched between the MW doping layer and the i-type layer, and the i-type layer serves as a donor. A photovoltaic element comprising both a valence electron control agent and a valence electron control agent serving as an acceptor.
【請求項3】 前記ドナーとなる価電子制御剤の含有量
または/及びアクセプターとなる価電子制御剤の含有量
は層厚方向になめらかに変化し、且つ少なくとも一方の
界面近傍で、該含有量が最大となっていることを特徴と
する請求項2に記載の光起電力素子。
3. The content of the valence electron control agent serving as the donor and / or the content of the valence electron control agent serving as the acceptor changes smoothly in the layer thickness direction, and the content is at least near one interface. Is maximized, the photovoltaic element according to claim 2, wherein
【請求項4】 前記アルカリ土類金属はベリリウム、マ
グネシウム及びカルシウムの中から選ばれる少なくとも
ひとつの元素であることを特徴とする請求項1〜3にい
ずれか1項に記載の光起電力素子。
4. The photovoltaic element according to claim 1, wherein the alkaline earth metal is at least one element selected from beryllium, magnesium and calcium.
【請求項5】 前記アルカリ土類金属はその含有量が層
厚方向になめらかに変化し、少なくとも一方の界面近傍
で含有量が最小となっていることを特徴とする請求項1
〜4のいずれか1項に記載の光起電力素子。
5. The content of the alkaline earth metal changes smoothly in the layer thickness direction, and the content is minimum near at least one interface.
The photovoltaic element according to any one of items 1 to 4.
【請求項6】 前記i型層、RFドーピング層及びMW
ドーピング層のうち少なくともひとつの層は水素含有量
が層厚方向になめらかに変化し、且つ少なくとも一方の
界面近傍で、該水素含有量が最大となっていることを特
徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光起電力
素子。
6. The i-type layer, RF doping layer and MW
6. The hydrogen content of at least one of the doping layers changes smoothly in the layer thickness direction, and the hydrogen content is maximized in the vicinity of at least one interface. The photovoltaic element according to any one of 1.
【請求項7】 前記i型層、RFドーピング層及びMW
ドーピング層のうち少なくともひとつの層はフッ素を含
有し、且つフッ素含有量が層厚方向になめらかに変化し
ていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に
記載の光起電力素子。
7. The i-type layer, RF doping layer and MW
7. The photovoltaic power according to claim 1, wherein at least one of the doping layers contains fluorine, and the fluorine content is changed smoothly in the layer thickness direction. element.
【請求項8】 前記フッ素含有量は、少なくとも一方の
界面近傍において最小となっていることを特徴とする請
求項7に記載の光起電力素子。
8. The photovoltaic element according to claim 7, wherein the fluorine content is minimum near at least one interface.
【請求項9】 前記RFドーピング層または/及びMW
ドーピング層の価電子制御剤の含有量は層厚方向になめ
らかに変化し、且つ少なくとも一方の界面近傍で、該含
有量が最大となっていることを特徴とする請求項1〜8
のいずれか1項に記載の光起電力素子。
9. The RF doping layer and / or MW
The valence electron control agent content of the doping layer changes smoothly in the layer thickness direction, and the content is maximized in the vicinity of at least one interface.
The photovoltaic element according to any one of 1.
【請求項10】 前記RFドーピング層または/及びM
Wドーピング層は、アルカリ土類金属を含有することを
特徴とする請求項1〜9の1項に記載の光起電力素子。
10. The RF doping layer and / or M
The photovoltaic element according to claim 1, wherein the W doping layer contains an alkaline earth metal.
【請求項11】 前記RFドーピング層または/及びM
Wドーピング層に含有されるアルカリ土類金属は、その
含有量が層厚方向になめらかに変化し、少なくとも一方
の界面近傍で最小となっていることを特徴とする請求項
10に記載の光起電力素子。
11. The RF doping layer and / or M
11. The photovoltaic element according to claim 10, wherein the content of the alkaline earth metal contained in the W-doped layer changes smoothly in the layer thickness direction and is minimum at least in the vicinity of one interface. Power element.
【請求項12】 前記アルカリ土類金属はベリリウム、
マグネシウム及びカルシウムの中から選ばれる少なくと
もひとつの元素であることを特徴とする請求項10また
は11に記載の光起電力素子。
12. The beryllium is an alkaline earth metal,
The photovoltaic element according to claim 10 or 11, which is at least one element selected from magnesium and calcium.
【請求項13】 前記i型層はスズ原子を含有する非晶
質シリコン・スズからなることを特徴とする請求項1〜
12のいずれか1項に記載の光起電力素子。
13. The i-type layer is made of amorphous silicon tin containing tin atoms.
13. The photovoltaic element according to any one of 12.
【請求項14】 前記i型層、MWドーピング層及びR
Fドーピング層のうち少なくともひとつの層は、酸素ま
たは/及び窒素原子を含有することを特徴とする請求項
1〜13のいずれか1項に記載の光起電力素子。
14. The i-type layer, MW doping layer and R
The photovoltaic element according to any one of claims 1 to 13, wherein at least one layer of the F doping layers contains oxygen and / or nitrogen atoms.
【請求項15】 前記i型層と前記RFドーピング層の
間に、RFプラズマCVD法で形成されたi型の層(R
F−i層)を有することを特徴とする請求項1〜14の
いずれか1項に記載の光起電力素子。
15. An i-type layer (R) formed by an RF plasma CVD method between the i-type layer and the RF doping layer.
F-i layer) is included, The photovoltaic element of any one of Claims 1-14 characterized by the above-mentioned.
【請求項16】 前記RF−i層は、ドナーとなる価電
子制御剤とアクセプターとなる価電子制御剤をともに含
有することを特徴とする請求項15に記載の光起電力素
子。
16. The photovoltaic element according to claim 15, wherein the RF-i layer contains both a valence electron control agent which serves as a donor and a valence electron control agent which serves as an acceptor.
【請求項17】 前記RF−i層に含有されるドナーと
なる価電子制御剤の含有量または/及びアクセプターと
なる価電子制御剤の含有量は、層厚方向になめらかに変
化し、且つ少なくとも一方の界面近傍で最大となってい
ることを特徴とする請求項16に記載の光起電力素子。
17. The content of the valence electron control agent serving as a donor and / or the content of the valence electron control agent serving as an acceptor contained in the RF-i layer changes smoothly in the layer thickness direction, and at least The photovoltaic element according to claim 16, which has a maximum value in the vicinity of one interface.
【請求項18】 前記RF−i層は、フッ素を含有し、
且つフッ素含有量が層厚方向になめらかに変化し、且つ
少なくとも一方の界面近傍で含有量が最小となっている
ことを特徴とする請求項15〜17のいずれか1項に記
載の光起電力素子。
18. The RF-i layer contains fluorine,
The photovoltaic content according to any one of claims 15 to 17, wherein the fluorine content changes smoothly in the layer thickness direction, and the content is minimum near at least one interface. element.
【請求項19】 前記RF−i層は、水素含有量が層厚
方向になめらかに変化し、且つ少なくとも一方の界面近
傍で最大となっていることを特徴とする請求項15〜1
8のいずれか1項に記載の光起電力素子。
19. The RF-i layer has a hydrogen content that changes smoothly in the layer thickness direction and has a maximum value in the vicinity of at least one interface.
8. The photovoltaic element according to any one of items 8.
【請求項20】 前記RF−i層は、アルカリ土類金属
を含有することを特徴とする請求項15〜19のいずれ
か1項に記載の光起電力素子。
20. The photovoltaic element according to claim 15, wherein the RF-i layer contains an alkaline earth metal.
【請求項21】 前記RF−i層に含有されるアルカリ
土類金属は、その含有量が層厚方向になめらかに変化
し、少なくとも一方の界面近傍で最小となっていること
を特徴とする請求項20に記載の光起電力素子。
21. The alkaline earth metal contained in the RF-i layer has a content that varies smoothly in the layer thickness direction and is at a minimum near at least one interface. Item 21. The photovoltaic element according to Item 20.
【請求項22】 前記i型層RF−i層は、スズ原子を
含有する非晶質シリコン・スズからなることを特徴とす
る請求項15〜21のいずれか1項に記載の光起電力素
子。
22. The photovoltaic element according to claim 15, wherein the i-type layer RF-i layer is made of amorphous silicon / tin containing tin atoms. .
【請求項23】 前記RF−i層は、酸素または/及び
窒素原子を含有することを特徴とする請求項15〜22
のいずれか1項に記載の光起電力素子。
23. The RF-i layer contains oxygen and / or nitrogen atoms.
The photovoltaic element according to any one of 1.
【請求項24】 請求項1〜23記載のいずか1項に記
載の光起電力素子と、該光起電力素子の電圧及び/また
は電流をモニターし蓄電池及び/または外部負荷への前
記光起電力素子からの電力の供給を制御する制御システ
ムと、前記光起電力素子からの電力の蓄積及び/または
外部負荷への電力の供給を行う蓄電池とから構成されて
いることを特徴とする発電システム。
24. The photovoltaic element according to any one of claims 1 to 23, and the light to a storage battery and / or an external load by monitoring the voltage and / or current of the photovoltaic element. Power generation comprising a control system for controlling the supply of electric power from an electromotive force element, and a storage battery for accumulating electric power from the photovoltaic element and / or supplying electric power to an external load. system.
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