矽系薄膜光电转换装置、其制造方法及其制造装置

摘要

本矽系薄膜光电转换装置之制造方法的特征系在于基板(1)上所形成之透明导电膜(2)上，在同一个电浆CVD成膜室内依序形成第1p型半导体层(11)、i型非晶质矽系光电转换层(12)、第1n型半导体层(13)、第2p型半导体层(21)、i型微结晶矽系光电转换层(22)以及第2n型半导体层(23)，形成双重pin构造层积体(30)，第1p型半导体层(11)、i型非晶质矽系光电转换层(12)以及第1n型半导体层(13)系在电浆CVD成膜室中之成膜压力为200 Pa以上3000 Pa以下且每电极单位面积之电力密度为0.01 W/cm2以上0.3 W/cm2以下所形成。藉此，可以使用简易制造装置以低成本且高效率地制造具有良好品质、光电转换效率高的矽系薄膜光电转换装置。

主权项

一种层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其特征系包含：在基板(1)上形成透明导电膜(2)之步骤；以及在上述透明导电膜(2)上依序形成第1p型半导体层(11)、i型非晶质矽系光电转换层(12)、第1n型半导体层(13)、第2p型半导体层(21)、i型微结晶矽系光电转换层(22)及第2n型半导体层(23)，而形成双重pin构造层积体(30)之步骤；形成上述双重pin构造层积体(30)之步骤系在同一个电浆CVD成膜室(220)内进行；上述第1p型半导体层(11)、上述i型非晶质矽系光电转换层(12)及上述第1n型半导体层(13)系在上述电浆CVD成膜室(220)中之成膜压力为200 Pa以上3000 Pa以下且每电极单位面积之电力密度为0.01 W/cm2以上0.3 W/cm2以下所形成。一种层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其特征系在于基板(1)上所形成之透明导电膜(2)上，在同一个电浆CVD成膜室(220)内依序形成第1p型半导体层(11)、i型非晶质矽系光电转换层(12)、第1n型半导体层(13)、第2p型半导体层(21)、i型微结晶矽系光电转换层(22)及第2n型半导体层(23)，而形成双重pin构造层积体(30)；上述第1p型半导体层(11)、上述i型非晶质矽系光电转换层(12)及上述第1n型半导体层(13)系在上述电浆CVD成膜室(220)中之成膜压力为200 Pa以上3000 Pa以下且每电极单位面积之电力密度为0.01 W/cm2以上0.3 W/cm2以下所形成。如请求项1或2之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中上述第1p型半导体层(11)的厚度为2 nm以上50 nm以下，上述i型非晶质矽系光电转换层(12)的厚度为0.1 μm以上0.5 μm以下，上述第1n型半导体层(13)的厚度为2 nm以上50 nm以下。如请求项1或2之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中上述第2p型半导体层(21)的厚度为2 nm以上50 nm以下，上述i型微结晶矽系光电转换层(22)的厚度为0.5 μm以上20 μm以下，上述第2n型半导体层(23)的厚度为2 nm以上50 nm以下。如请求项1或2之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中上述第2p型半导体层(21)系在上述基板(1)的基底温度为250℃以下，导入上述电浆CVD成膜室(220)内之原料气体包含矽烷系气体及含有氢气的稀释气体，上述稀释气体对上述矽烷系气体之流量为100倍以上之条件下所形成。如请求项1或2之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中上述第1p型半导体层(11)及上述第2p型半导体层(21)的导电型决定杂质原子系硼原子或铝原子。如请求项1或2之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中上述i型微结晶矽系光电转换层(22)系在上述基板(1)的基底温度为250℃以下，导入上述电浆CVD成膜室内之原料气体包含矽烷系气体及稀释气体，稀释气体对矽烷系气体的流量为30倍以上100倍以下的条件下形成，以拉曼光谱所测定在520 nm-1之峰值相对于在480 nm-1之峰值的峰值强度比I520/I480为5以上10以下。如请求项1或2之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中上述第1n型半导体层(13)及上述第2n型半导体层(23)的导电型决定杂质原子系磷原子。如请求项1或2之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中上述第2n型半导体层(23)系在上述基板(1)的基底温度为250℃以下，相对于导入上述电浆CVD成膜室(220)内之原料气体中的矽原子，磷原子的含有率为0.1原子%以上5原子%以下的条件下形成。如请求项1或2之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中在形成上述双重pin构造层积体(30)后，将包含上述双重pin构造层积体(30)的层积型矽系薄膜光电转换装置(100)自上述电浆CVD成膜室(220)搬出，除去上述电浆CVD成膜室(220)的阴极(222)上及/或室内面(221)上的残留膜。如请求项10之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中上述残留膜之除去，系以使选自由氢气、惰性气体及氟系之清洁气体所形成之群中的至少一种气体电浆化后之气体电浆进行。如请求项10之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中上述残留膜之除去系由下述方法所进行：从上述残留膜的表面层到与上述阴极(222)及/或上述室内面(221)最近位置之第1n型层为止进行蚀刻除去，将位于与上述残留膜之上述阴极(222)及/或上述室内面(221)最近位置之i型层，在厚度方向上，以10 nm以上且为上述i型层的厚度全体之90%以下的范围之深度进行蚀刻除去。如请求项10之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中上述阴极上的上述残留膜之除去，系上述电浆CVD成膜室(220)的上述阴极(222)上之上述残留膜的累积膜厚为10 μm以上1000 μm以下时，以使选自由氢气、惰性气体及氟系之清洁气体所形成之群中的至少一种气体电浆化后之气体电浆进行。一种层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其特征系在由如请求项1或2之制造方法所形成的双重pin构造层积体(30)之第2n型半导体层(23)上，进而层积至少一层由p型半导体层(41)、i型结晶质矽系光电转换层(42)及n型半导体层(43)所构成的结晶质pin构造层积体(40)。一种层积型矽系薄膜光电转换装置，其系由如请求项1或2之制造方法所制造。一种层积型矽系薄膜光电转换装置，其特征在于：其包含形成于基板(1)上之透明性导电膜(2)与双重pin构造层积体(30)；且上述双重pin构造层积体(30)包含在上述透明性导电膜(2)上依序形成之第1p型半导体层(11)、i型非晶质矽系光电转换层(12)、第1n型半导体层(13)、第2p型半导体层(21)、i型微结晶矽系光电转换层(22)及第2n型半导体层(23)；上述第1n型半导体层(13)及上述第2p型半导体层(21)各自之杂质氮原子浓度为1×1019 cm-3以下，且杂质氧原子浓度为1×1020 cm-3以下。一种层积型矽系薄膜光电转换装置之制造装置，其系用于在于基板(1)上所形成之透明导电膜(2)上，在同一个电浆CVD成膜室(220)内依序形成第1p型半导体层(11)、i型非晶质矽系光电转换层(12)、第1n型半导体层(13)、第2p型半导体层(21)、i型微结晶矽系光电转换层(22)及第2n型半导体层(23)而形成双重pin构造层积体(30)之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法者；且上述制造装置包含：电浆CVD成膜室(220)，其系在内部配置有阴极(222)及阳极(223)者；气体压力调整部(211)，其系调整上述电浆CVD成膜室内(220)之气体压力者；及电力供给部(201)，其系供给电力至上述阴极者；上述阴极(222)与上述阳极(223)的距离为3 mm以上20 mm以下；形成上述第1p型半导体层(11)、上述i型非晶质矽系光电转换层(12)及上述第1n型半导体层(13)时，上述气体压力调整部(211)可将上述CVD成膜室(220)内的气体压力控制在200 Pa以上3000 Pa以下之范围，上述电力供给部(201)可将上述阴极(222)的每单位面积之电力密度控制在0.01 W/cm2以上0.3 W/cm2以下之范围。一种矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其特征系于在基板(1)上所形成的透明导电膜(2)上，在同一个电浆CVD成膜室内(220)依序连续形成p型半导体层(11)、i型非晶质矽系光电转换层(12)及n型半导体层(13)，而形成非晶质pin构造层积体(10)；上述p型半导体层(11)、上述i型非晶质矽系光电转换层(12)及上述n型半导体层(13)系在上述电浆CVD成膜室(220)中之成膜压力为200 Pa以上3000 Pa以下且每电极单位面积之电力密度为0.01 W/cm2以上0.3 W/cm2以下所形成。如请求项18之矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中在形成上述非晶质pin构造层积体(10)后，将含有上述非晶质pin构造层积体(10)之矽系薄膜光电转换装置(500)自上述电浆CVD成膜室(220)搬出，除去上述电浆CVD成膜室(220)的阴极(222)上及/或室内面(221)上之残留膜。一种矽系薄膜光电转换装置，其系由如请求项18之制造方法所制造。一种矽系薄膜光电转换装置之制造装置，其系用于在于基板(1)上所形成的透明导电膜(2)上，在同一个电浆CVD成膜室(220)内依序连续形成p型半导体层(11)、i型非晶质矽系光电转换层(12)及n型半导体层(13)而形成非晶质pin构造层积体(10)之矽系薄膜光电转换装置之制造方法者；且上述制造装置包含：电浆CVD成膜室(220)，其系内部配置有阴极(222)及阳极(223)者；气体压力调整部(211)，其系调整上述电浆CVD成膜室(220)内之气体压力者；及电力供给部(201)，其系供给电力至上述阴极(222)者；上述阴极(222)与上述阳极(223)的距离为3 mm以上20 mm以下；形成上述p型半导体层(11)、上述i型非晶质矽系光电转换层(12)及上述n型半导体层(13)时，上述气体压力调整部(211)可将上述CVD成膜室(220)内的气体压力控制在200 Pa以上3000 Pa以下之范围，上述电力供给部(201)可将上述阴极(222)的每单位面积之电力密度控制在0.01 W/cm2以上0.3 W/cm2以下之范围。一种层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其特征系在于基板(1)上所形成之透明导电膜(2)上，在同一个电浆CVD成膜室(220)内依序形成第1p型半导体层(11)、第1i型非晶质矽系光电转换层(12)、第1n型半导体层(13)、第2p型半导体层(21)、第2i型非晶质矽系光电转换层(52)及第2n型半导体层(23)，而形成双重pin构造层积体(60)；上述第1p型半导体层(11)、上述第1i型非晶质矽系光电转换层(12)、上述第1n型半导体层(13)、上述第2p型半导体层(21)、上述第2i型非晶质矽系光电转换层(52)及上述第2n型半导体层(23)系在上述电浆CVD成膜室(220)中之成膜压力为200 Pa以上3000 Pa以下且每电极单位面积之电力密度为0.01 W/cm2以上0.3 W/cm2以下所形成。如请求项22之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法，其中在形成上述双重pin构造层积体(60)后，将包含上述双重pin构造层积体(60)的层积型矽系薄膜光电转换装置(600)自上述电浆CVD成膜室(220)搬出，除去上述电浆CVD成膜室(220)之阴极(222)上及/或室内面(221)上的残留膜。一种层积型矽系薄膜光电转换装置，其系由如请求项22之制造方法所制造。一种层积型矽系薄膜光电转换装置之制造装置，其系用于在于基板(1)上所形成之透明导电膜(2)上，在同一个电浆CVD成膜室(220)内依序形成第1p型半导体层(11)、第1i型非晶质矽系光电转换层(12)、第1n型半导体层(13)、第2p型半导体层(21)、第2i型非晶质矽系光电转换层(52)及第2n型半导体层(23)而形成双重pin构造层积体(60)之层积型矽系薄膜光电转换装置之制造方法者；且上述制造装置包含：电浆CVD成膜室(220)，其系内部配置有阴极(222)及阳极(223)者；气体压力调整部(211)，其系调整上述电浆CVD成膜室(220)内之气体压力者；及电力供给部(201)，其系供给电力至上述阴极(222)者；上述阴极(222)与上述阳极(223)的距离为3 mm以上20 mm以下；形成上述第1p型半导体层(11)、上述第1i型非晶质矽系光电转换层(12)、上述第1n型半导体层(13)、上述第2p型半导体层(21)、上述第2i型非晶质矽系光电转换层(52)及上述第2n型半导体层(23)时，上述气体压力调整部(211)可将上述CVD成膜室(220)内的气体压力控制在200 Pa以上3000 Pa以下之范围，上述电力供给部(201)可将上述阴极(222)的每单位面积之电力密度控制在0.01 W/cm2以上0.3 W/cm2以下之范围。