專利名稱：光電轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透明電極為ZnO(氧化鋅)的光電轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
以前，公知有硅系薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置作為太陽電池等的光電轉(zhuǎn)換裝置。通常，在該光電轉(zhuǎn)換裝置的基板上依次層積有第一透明電極、硅系半導(dǎo)體層(光電轉(zhuǎn)換層)、第二透明電極以及金屬電極膜。
作為透明電極來說，要求低電阻且高光透過率的材料，所以使用ZnO(氧化鋅)、SnO2(二氧化錫)等。
通過添加氧化Ga(鎵)、氧化Al(鋁)、氟素等來實(shí)現(xiàn)這種透明電極的低電阻。
此外，當(dāng)非結(jié)晶型硅薄膜作為光電轉(zhuǎn)換層時，公知有這樣的技術(shù)適用于添加了Ga的ZnO層來實(shí)現(xiàn)透明電極形成時的低溫化(日本專利特開平6-338623號公報(段落 、 以及圖1))。
但是，為實(shí)現(xiàn)透明電極的低電阻而添加氧化Ga或者氧化Al，產(chǎn)生透過率降低的問題。這樣，在氧化物系的透明導(dǎo)電膜中添加Ga或者Al，電阻率和透過率表現(xiàn)出相反的特性，從而兩者難以同時滿足。
為了防止在透明導(dǎo)電膜中添加Ga或者Al時降低透過率，具有下述方法在形成中導(dǎo)入氧來降低透明導(dǎo)電膜的缺氧量。但是若這樣導(dǎo)入氧，不僅電阻率會增大，還會損害透明導(dǎo)電膜。
此外，在上述日本專利特開平6-338623號公報中記載的技術(shù)方案中，對于發(fā)電層用非結(jié)晶型硅形成的太陽電池來說，當(dāng)用ZnO所形成的透明導(dǎo)電膜的Ga添加量相對于Zn為0.5原子％時，表現(xiàn)有光電轉(zhuǎn)換效率提高的數(shù)據(jù)(表2的實(shí)施例4～6)，該技術(shù)只不過以透明導(dǎo)電膜形成時的低溫化為目的來研究Ga添加量。即，并未注重于對添加Ga的Si層(p層或者n層)/ZnO:Ga界面特性、ZnO:Ga的電阻率或者透過率的影響，謀求光電轉(zhuǎn)換效率的提高來研究Ga添加量，還有提高光電轉(zhuǎn)換效率的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而研發(fā)的，其目的在于提供一種光電轉(zhuǎn)換裝置，其在不因Ga而Si層(p層或者n層)/ZnO:Ga界面惡化的特性的范圍內(nèi)，使用最適于電阻率和透過率之間關(guān)系的透明電極或者透明導(dǎo)電膜來實(shí)現(xiàn)高光電轉(zhuǎn)換效率。
為了解決上述課題，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置具體如下。
即，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置，在透明絕緣性基板上至少依次層積有第一透明電極，由p型硅層、i型硅層以及n型硅層構(gòu)成的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層，第二透明電極以及背側(cè)電極，其中，所述第一透明電極以及所述第二透明電極的至少某一項是添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
該光電轉(zhuǎn)換裝置中光從透明絕緣性基板側(cè)入射。
若向用ZnO(氧化鋅)層構(gòu)成的透明電極中添加氧化Ga(鎵)，則雖然導(dǎo)電性上升了，但是透過率卻下降。本發(fā)明者研究的結(jié)果可預(yù)見到，當(dāng)考慮到光電轉(zhuǎn)換裝置的用途時，不使透過率減少得那么低而阻止在規(guī)定的電阻率(例如數(shù)Ωcm)，也可使光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不降低。因此，若在轉(zhuǎn)換效率不降低的范圍內(nèi)減少Ga添加量，則可以期待通過減少Ga添加量來提高透過率，從而提高轉(zhuǎn)換效率。即使不降低Ga而向噴濺中的氣體添加氧，也可得到同樣的傾向，但這時，由于Ga量下降則Si層(p層或n層)/ZnO:Ga界面的特性提高，，從該觀點(diǎn)來研究Ga添加量的結(jié)果可預(yù)見，若是具有本發(fā)明的一層微結(jié)晶硅層的單型光電轉(zhuǎn)換裝置的情況，則若相對于Zn為小于或等于15原子％時會提高光電轉(zhuǎn)換效率。
同時，因為ZnO層具有提高反射率的效果，所以本發(fā)明的添加Ga的ZnO層最好應(yīng)用于背側(cè)電極的第二透明電極上。
關(guān)于本發(fā)明的“小于或等于15原子％”，效率提高的情況也包括0原子％。其中，0.02～10原子％比較好，0.5～2原子％更好。
此外，本發(fā)明其他的光電轉(zhuǎn)換裝置，在絕緣性基板上至少依次層積有背側(cè)電極，第一透明電極，由p型硅層、i型硅層以及n型硅層構(gòu)成的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層，第二透明電極以及集電極，其中，所述第一透明電極以及所述第二透明電極的至少某一項是添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
該光電轉(zhuǎn)換裝置中光從集電極側(cè)入射。
若向用ZnO(氧化鋅)層構(gòu)成的透明電極中添加Ga(鎵)，則雖然導(dǎo)電性上升了，但是透過率卻下降。本發(fā)明者研究的結(jié)果可預(yù)見到，當(dāng)考慮到光電轉(zhuǎn)換裝置的用途時，不使電阻率減少得那么低而阻止在規(guī)定的電阻率(例如數(shù)Ωcm)，也可使光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不降低。因此，若在轉(zhuǎn)換效率不降低的范圍內(nèi)減少Ga添加量，則可以期待通過減少Ga添加量來提高透過率，從而提高轉(zhuǎn)換效率。即使不降低Ga而向噴濺中的氣體添加氧，也可得到同樣的傾向，但這時，由于Ga量下降則Si層/ZnO:Ga界面的特性提高，，從該觀點(diǎn)來研究Ga添加量的結(jié)果可預(yù)見，若是具有本發(fā)明的一層微結(jié)晶硅層的單型光電轉(zhuǎn)換裝置的情況，則若相對于Zn為小于或等于15原子％時會提高光電轉(zhuǎn)換效率。
同時，因為ZnO層具有提高反射率的效果，所以本發(fā)明的添加Ga的ZnO層最好應(yīng)用于不透明絕緣性基板側(cè)的第一透明電極上。
關(guān)于本發(fā)明的“小于或等于15原子％”，效率提高的情況也包括0原子％。其中，0.02～10原子％比較好，0.5～2原子％更好。
此外，本發(fā)明的其他的光電轉(zhuǎn)換裝置，在透明絕緣性基板上至少依次層積有第一透明電極，由p型硅層、i型硅層以及n型硅層構(gòu)成的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的非結(jié)晶型硅層，第二透明電極，以及背側(cè)電極，其中，所述第一透明電極以及所述第二透明電極的至少某一項是添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于2原子％。
該光電轉(zhuǎn)換裝置中光從透明絕緣性基板側(cè)入射。
若向用ZnO(氧化鋅)層構(gòu)成的透明電極中添加氧化Ga(鎵)，則雖然導(dǎo)電性上升了，但是透過率卻下降。本發(fā)明者研究的結(jié)果可預(yù)見到，當(dāng)考慮到光電轉(zhuǎn)換裝置的用途時，不使透過率減少得那么低而阻止在規(guī)定的電阻率(例如數(shù)Ωcm)，也可使光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不降低。因此，若在轉(zhuǎn)換效率不降低的范圍內(nèi)減少Ga添加量，則可以期待通過減少Ga添加量來提高透過率，從而提高轉(zhuǎn)換效率。即使不降低Ga而向噴濺中的氣體添加氧，也可得到同樣的傾向，但這時，由于Ga量下降則Si層/ZnO:Ga界面的特性提高，，從該觀點(diǎn)來研究Ga添加量的結(jié)果可預(yù)見，若是具有本發(fā)明的一層非結(jié)晶型硅發(fā)電層的單型光電轉(zhuǎn)換裝置的情況，則若相對于Zn為小于或等于2原子％時會提高光電轉(zhuǎn)換效率。
同時，因為ZnO層具有提高反射率的效果，所以本發(fā)明的Ga添加ZnO層最好應(yīng)用于背側(cè)電極的第二透明電極上。
關(guān)于本發(fā)明的“小于或等于2原子％”，效率提高的情況也包括0原子％。其中，0.02～1.7原子％比較好，0.7～1.3原子％更好。
此外，本發(fā)明再一光電轉(zhuǎn)換裝置，在絕緣性基板上至少依次層積有背側(cè)電極，第一透明電極，由p型硅層、i型硅層以及n型硅層構(gòu)成的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的非結(jié)晶型硅層，第二透明電極，以及集電極，其中，所述第一透明電極以及所述第二透明電極的至少某一項是添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于2原子％。
該光電轉(zhuǎn)換裝置中光從集電極側(cè)入射。
若向用ZnO(氧化鋅)層構(gòu)成的透明電極中添加氧化Ga(鎵)，則雖然導(dǎo)電性上升了，但是透過率卻下降。本發(fā)明者研究的結(jié)果可預(yù)見到，當(dāng)考慮到光電轉(zhuǎn)換裝置的用途時，不使透過率減少得那么低而阻止在規(guī)定的電阻率(例如數(shù)Ωcm)，也可使光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不降低。因此，若在轉(zhuǎn)換效率不降低的范圍內(nèi)減少Ga添加量，則可以期待通過減少Ga添加量來提高透過率，從而提高轉(zhuǎn)換效率。即使不降低Ga而向噴濺中的氣體添加氧，也可得到同樣的傾向，但這時，由于Ga量下降則Si層/ZnO:Ga界面的特性提高，，從該觀點(diǎn)來研究Ga添加量的結(jié)果可預(yù)見，若是具有本發(fā)明的一層非結(jié)晶型硅層的單型光電轉(zhuǎn)換裝置的情況，則若相對于Zn為小于或等于2原子％時會提高光電轉(zhuǎn)換效率。
同時，因為ZnO層具有提高反射率的效果，所以本發(fā)明的添加Ga的ZnO層最好應(yīng)用于不透明絕緣性基板側(cè)的第一透明電極上。
關(guān)于本發(fā)明的“小于或等于2原子％”，效率提高的情況也包括0原子％。其中，0.02～1.7原子％比較好，0.7～1.3原子％更好。
本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述第一透明電極或者所述第二透明電極和pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的所述微結(jié)晶硅層之間可層積有pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的非結(jié)晶型硅層。
上述結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置是層積微結(jié)晶硅層和非結(jié)晶型硅層的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置。
在串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置中同樣，若向用ZnO(氧化鋅)層構(gòu)成的透明電極中添加Ga(鎵)，則雖然導(dǎo)電性上升了，但是透過率卻下降。本發(fā)明者研究的結(jié)果可預(yù)見到，當(dāng)考慮到光電轉(zhuǎn)換裝置的用途時，不使透過率減少得那么低而阻止在規(guī)定的電阻率(例如數(shù)Ωcm)，也可使光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不降低。因此，若在轉(zhuǎn)換效率不降低的范圍內(nèi)減少Ga添加量，則可以期待通過減少Ga添加量來提高透過率，從而提高轉(zhuǎn)換效率。即使不降低Ga而向噴濺中的氣體添加氧，也可得到同樣的傾向，但這時，由于Ga量下降則Si層/ZnO:Ga界面的特性提高，，從該觀點(diǎn)來研究Ga添加量的結(jié)果可預(yù)見，若是具有本發(fā)明的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置的情況，則若相對于Zn為小于或等于15原子％時會提高光電轉(zhuǎn)換效率。
同時，因為ZnO層具有提高反射率的效果，所以本發(fā)明的添加Ga的ZnO層最好應(yīng)用于背側(cè)電極的第二透明電極或者不透明絕緣性基板側(cè)的第一透明電極上。
關(guān)于本發(fā)明的“小于或等于15原子％”，效率提高的情況也包括0原子％。其中，0.02～10原子％比較好，0.5～2原子％更好。
此外，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述非結(jié)晶型硅層和所述微結(jié)晶硅層之間設(shè)置有中間透明導(dǎo)電膜，所述中間透明導(dǎo)電膜為添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
在所述微結(jié)晶硅層和所述非結(jié)晶型硅層之間設(shè)置有作為中間層的中間透明導(dǎo)電膜，Ga添加量為小于或等于15原子％。因此，如上述那樣效率提高。
這里，關(guān)于“小于或等于15原子％”，效率提高的情況也包括0原子％。其中，0.02～10原子％比較好，0.5～2原子％更好。
此外，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述第一透明電極或者所述第二透明電極和pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的所述微結(jié)晶硅層之間，層積具有不同光譜靈敏度的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層或者微結(jié)晶硅鍺層。
上述結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置是層積與微結(jié)晶硅層光譜靈敏度不同的微結(jié)晶硅層或者微結(jié)晶硅鍺層的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置。
在串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置中同樣，若向用ZnO(氧化鋅)層構(gòu)成的透明電極中添加Ga(鎵)，則雖然導(dǎo)電性上升了，但是透過率卻下降。本發(fā)明者研究的結(jié)果可預(yù)見到，當(dāng)考慮到光電轉(zhuǎn)換裝置的用途時，不使透過率減少得那么低而阻止在規(guī)定的電阻率(例如數(shù)Ωcm)，也可使光電轉(zhuǎn)換效率幾乎不降低。因此，若在轉(zhuǎn)換效率不降低的范圍內(nèi)減少Ga添加量，則可以期待通過減少Ga添加量來提高透過率，從而提高轉(zhuǎn)換效率。即使不降低Ga而向噴濺中的氣體添加氧，也可得到同樣的傾向，但這時，由于Ga量下降則Si層/ZnO:Ga界面的特性提高，從該觀點(diǎn)來研究Ga添加量的結(jié)果可預(yù)見，若是具有本發(fā)明的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置的情況，則若相對于Zn為小于或等于15原子％時會提高光電轉(zhuǎn)換效率。
同時，因為ZnO層具有提高反射率的效果，所以本發(fā)明的添加Ga的ZnO層最好應(yīng)用于背側(cè)電極的第二透明電極或者不透明絕緣性基板側(cè)的第一透明電極上。
關(guān)于本發(fā)明的“小于或等于15原子％”，效率提高的情況也包括0原子％。其中，0.02～10原子％比較好，0.5～2原子％更好。
此外，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述微結(jié)晶硅層和具有不同光譜靈敏度的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的上述微結(jié)晶硅層或者所述微結(jié)晶硅鍺層之間設(shè)置有中間透明導(dǎo)電膜，所述中間透明導(dǎo)電膜為添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
在所述微結(jié)晶硅層和具有不同光譜靈敏度的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層或者所述微結(jié)晶硅鍺層之間設(shè)置有作為中間層的中間透明導(dǎo)電膜，Ga相對于Zn為小于或等于15原子％。因此，如上述那樣效率提高。
這里，關(guān)于“小于或等于15原子％”，效率提高的情況也包括0原子％。其中，0.02～10原子％比較好，0.5～2原子％更好。
根據(jù)本實(shí)施方式，使用添加Ga的ZnO作為透明電極乃至透明導(dǎo)電膜，Ga添加量相對于Zn為規(guī)定值以下，在確保期望的光電轉(zhuǎn)換效率的范圍內(nèi)，允許透明電極的電阻率增加到某種程度，盡可能地減少Ga添加量，從而可以抑制因Ga添加而引起的透過率的減少，能夠在較大的波長范圍內(nèi)得到具有高透過率的透明電極。因此，沒有必要在ZnO層的形成時為提高透過率而添加氧，因此能夠降低氧對透明電極的損害，提高形成時的控制性以及成品率。
因為像這樣實(shí)現(xiàn)了高透過率，所以能夠向光電轉(zhuǎn)換層提供大量的光，從而使短路電流密度上升，結(jié)果使光電轉(zhuǎn)換效率上升。
此外，通過抑制Ga添加量，可提高與p型以及n型硅層的界面特性，得到高的開放電壓、短路電流密度以及形狀因數(shù)，結(jié)果，使光電轉(zhuǎn)換效率得到提高。


圖1是示意地表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的、光從透明絕緣性基板側(cè)入射的形式的微結(jié)晶硅發(fā)電層/單型光電轉(zhuǎn)換裝置的剖面圖；圖2是示意地表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的、光從集電極側(cè)入射的形式的微結(jié)晶硅發(fā)電層/單型光電轉(zhuǎn)換裝置的剖面圖；圖3是示意地表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的、光從透明絕緣性基板側(cè)入射的形式的非結(jié)晶型硅發(fā)電層/單型光電轉(zhuǎn)換裝置的剖面圖；圖4是示意地表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的、光從集電極側(cè)入射的形式的非結(jié)晶型硅發(fā)電層/單型光電轉(zhuǎn)換裝置的剖面圖；圖5是示意地表示本發(fā)明第五實(shí)施方式的、光從透明絕緣基板側(cè)入射的形式的由非結(jié)晶型硅發(fā)電層以及微結(jié)晶硅發(fā)電層構(gòu)成的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置的剖面圖；圖6是示意地表示本發(fā)明第五實(shí)施方式的、在非結(jié)晶型硅發(fā)電層以及微結(jié)晶硅發(fā)電層之間設(shè)置有中間透明導(dǎo)電膜的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置的剖面圖；圖7是光電轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率與透明電極的電阻率的關(guān)系的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
(第一實(shí)施方式)下面，參照圖1對本發(fā)明的第一實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置是光從透明絕緣性基板入射的類型，其發(fā)電層由微結(jié)晶硅構(gòu)成。
(第一工序)在透明絕緣性基板11上形成第一透明電極12。在透明絕緣性基板11上例如使用表示光透過的白板玻璃。
使用添加Ga(鎵)的ZnO(氧化鋅)作為第一透明電極12。另外，最好在第一透明電極12上形成還原防止膜。
將透明絕緣性基板11設(shè)置在DC噴涂裝置內(nèi)，在以規(guī)定量導(dǎo)入氬氣的真空中通過DC噴涂來使添加Ga的ZnO在透明絕緣性基盤11上成膜。Ga的添加量相對于Zn在小于或等于15原子％，0.02～10原子％比較好，0.5～2原子％更好。
DC噴涂裝置內(nèi)的壓力為0.6Pa左右、透明絕緣性基板11的溫度為80～135℃、噴涂功率為100W左右比較好。
決定上述Ga添加量的理由如下所述。
在由ZnO構(gòu)成的透明電極上添加Ga，導(dǎo)電性上升，但透過率卻下降。本發(fā)明者研究的結(jié)果可預(yù)見到，當(dāng)考慮到光電轉(zhuǎn)換裝置的用途時，使電阻率不減少得那么低而阻止在規(guī)定的電阻率(例如數(shù)Ωcm)，也可提高光電轉(zhuǎn)換效率。
圖7表示的是光電轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率(縱軸)相對透明電極的電阻率(橫軸)的關(guān)系。該圖中的各點(diǎn)標(biāo)是在除了Ga添加量以外其他條件相同的條件下制造出的元件的評價結(jié)果(能夠通過絕對值來比較的元件)。在該圖中可知，即使將電阻率上升到10Ωcm左右，也不會降低轉(zhuǎn)換效率。因此，若在不降低轉(zhuǎn)換效率的范圍內(nèi)減少Ga添加量，則可以期待通過減少Ga添加量來提高透過率，從而提高轉(zhuǎn)換效率。另外，Ga量降低還會提高Si層/ZnO:Ga界面的特性。根據(jù)本實(shí)施方式，從該觀點(diǎn)來研究Ga添加量的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在具有本實(shí)施方式的一層微結(jié)晶硅發(fā)電層的單型光電轉(zhuǎn)換裝置中，若相對于Zn為小于或等于15原子％，則光電轉(zhuǎn)換效率提高。
(第二工序)接著，在等離子體CVD裝置的陽極上，在形成第一透明電極12的透明絕緣性極板11作為被處理物而被保持的狀態(tài)下，當(dāng)將被處理物放置在反應(yīng)容器內(nèi)后，起動真空泵來對所述反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，內(nèi)置于陽極內(nèi)的加熱器通電，將所述被處理物的基板例如加熱到大于或等于160℃。然后，向反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4、H2以及p型雜質(zhì)氣體，將反應(yīng)容器控制在規(guī)定壓力。然后，通過從超高頻電源向放電用電極提供超高頻電力而在所述放電用電極和所述被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在所述被處理物的第一透明電極12上形成微結(jié)晶的p型硅膜層13。
例如可以使用B2H6等作為所述p型雜質(zhì)氣體。
(第三工序)當(dāng)形成p型硅層13后，將透明絕緣性基板11放置在其他的等離子體CVD裝置的反應(yīng)容器內(nèi)，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，在反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4和H2的混合氣體，反應(yīng)容器內(nèi)控制在規(guī)定壓力。然后，通過從超高頻電源向放電用電極提供頻率數(shù)為大于或等于60MHz的超高頻電力，使得在所述放電用電極和所述被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在所述被處理物的p型硅層13上形成微結(jié)晶的i型硅層14。
此外，最好將反應(yīng)容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體時的壓力設(shè)定為0.5～10Torr的范圍內(nèi)，在1.0～6.0Torr的范圍內(nèi)更好。
(第四工序)當(dāng)形成i型硅層14后，停止原料氣體的提供，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，將透明絕緣性基板11放置在真空排氣后的其他的反應(yīng)容器內(nèi)，向該反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4、H2以及n型雜質(zhì)氣體(PH3等)，反應(yīng)容器內(nèi)控制在規(guī)定壓力。然后，通過從超高頻電源向放電用電極提供超高頻電力而在放電用電極和被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在i型硅層14上形成微結(jié)晶的n型硅層15。然后，將所述被處理物從等離子體CVD裝置中取出。
(第五工序)當(dāng)形成n型硅層15后，停止提供原料氣體，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，將形成直至n型硅層15的透明絕緣性基板11放置在DC噴涂裝置內(nèi)。
在該DC噴涂裝置內(nèi)，在n型硅層15上作為第二透明電極16形成添加Ga的ZnO層。
當(dāng)將透明絕緣性基板11設(shè)置在DC噴涂裝置內(nèi)后，在以規(guī)定量導(dǎo)入氬氣的真空中通過DC噴涂使得添加Ga的ZnO形成在n型硅層15上。Ga的添加量相對于Zn為小于或等于15原子％，為0.02～10原子％比較好，為0.5～2原子％更好。
DC噴涂裝置內(nèi)的壓力為0.6Pa左右、透明絕緣性基板11的溫度為80～135℃、噴涂功率最好為100W左右。
(第六工序)然后，通過噴涂法、真空蒸鍍法等在第二透明電極16上形成作為背側(cè)電極17的Ag膜或者Al膜。
關(guān)于這樣制造而得的光電轉(zhuǎn)換裝置，太陽光等從透明絕緣性基板11側(cè)入射，通過在所述pin結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換從而起電。
同時，在光電轉(zhuǎn)換裝置的制造中，從第一透明電極12側(cè)開始依次形成p型、i型、n型的硅層13、14、15而形成pin結(jié)構(gòu)，也可以是依次形成n型、i型、p型的硅層而形成nip結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式，第一以及第二透明電極采用的是Ga添加量相對于Zn為小于或等于15原子％的ZnO層，但本發(fā)明并不局限于此，也可以在第一透明電極12或者第二透明電極16中采用。
其中，因為透明電極具有增加反射率的功能，所以最好在背側(cè)電極17側(cè)的第二透明電極16上采用本發(fā)明的添加Ga的ZnO層。
根據(jù)本實(shí)施方式，使用添加Ga的ZnO作為透明電極，Ga添加量相對于Zn為小于或等于15原子％，在確保期望的光電轉(zhuǎn)換效率的范圍內(nèi)，允許透明電極的電阻率增加到某種程度，盡可能地減少Ga添加量，所以可以抑制因Ga添加而引起的透過率的減少，能夠在較大的波長范圍內(nèi)能夠得到而具有高透過率的透明電極。因此，沒有必要在ZnO層的形成時為了提高透過率而添加氧，從而能夠降低氧對透明電極的損傷，提高形成時的控制性以及成品率。
因為這樣實(shí)現(xiàn)了高透過率，所以能夠向光電轉(zhuǎn)換層提供大量的光，從而使短路電流密度上升，結(jié)果使光電轉(zhuǎn)換效率上升。
此外，通過抑制Ga添加量，從而提高與p型以及n型硅層的界面特性，得到高的開放電壓、短路電流密度以及形狀因數(shù)，結(jié)果，使光電轉(zhuǎn)換效率得到提高。
(第二實(shí)施方式)以下，參照圖2對本發(fā)明的第二實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置在發(fā)電層由微結(jié)晶硅所形成這一點(diǎn)上與第一實(shí)施方式相同；與第一實(shí)施方式不同的是絕緣性基板不透明時也適用，是光從反向的集電極側(cè)入射的類型。
(第一工序)在不透光的不透明絕緣性基板21上形成背側(cè)電極17和第一透明電極22。在不透明絕緣性基板21上例如使用不銹鋼板。同時，也可以使用鈉玻璃(蘭板(青板))來代替不透明絕緣性基板21。
使用Ag或者Al作為背側(cè)電極17。與第一實(shí)施方式相同，使用添加Ga(鎵)的ZnO(氧化鋅)作為第一透明電極22，其中，Ga添加量相對于Zn為小于或等于15原子％，為0.02～10原子％比較好，為0.5～2原子％更好。因為該添加Ga的ZnO層的成膜方法以及Ga添加量的理由與第一實(shí)施方式相同故省略。此外，在第一透明電極22上可形成有還原防止膜。
(第二工序～第五工序)因為形成微結(jié)晶的n型硅層15、i型硅層14以及p型硅層13的工序與第一實(shí)施方式相同故省略第二工序至第四工序的說明。
(第五工序)當(dāng)形成p型硅層13后，停止原料氣體的提供，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，將形成直至p型硅層13的不透明絕緣性基板21放置在DC噴涂裝置內(nèi)。
在該DC噴涂裝置內(nèi)，與第一實(shí)施方式相同，形成添加Ga的ZnO作為第二透明電極26，其中，Ga添加量相對于Zn為小于或等于15原子％，為0.02～10原子％比較好，為0.5～2原子％更好。該添加Ga的ZnO層的成膜方法與第一實(shí)施方式相同故省略其說明。
(第六工序)然后，在第二透明電極26上形成Ag膜或者Al膜作為集電極27。集電極27形成網(wǎng)狀或者紋狀，從而不會防礙光的入射。
這樣制造而得的電轉(zhuǎn)換裝置中，太陽光等從集電極27側(cè)入射，通過在所述pin結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換從而起電。
同時，在光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序中，從第一透明電極22側(cè)開始依次形成n型、i型、p型的硅層15、14、13而形成nip結(jié)構(gòu)，也可以是依次形成p型、i型、n型的硅層而形成pin結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式，第一以及第二透明電極采用的是Ga添加量相對于Zn為小于或等于15原子％的ZnO層，但本發(fā)明并不局限于此，也可以在第一透明電極22或者第二透明電極26中采用。
其中，因為透明電極具有增加反射率的功能，所以最好在背側(cè)電極21側(cè)的第一透明電極22上采用本發(fā)明的添加Ga的ZnO層。
根據(jù)本實(shí)施方式，使用添加Ga的ZnO作為透明電極，Ga添加量相對于Zn為小于或等于15原子％，在確保期望的光電轉(zhuǎn)換效率的范圍內(nèi)，允許透明電極的電阻率增加到某種程度，盡可能地減少Ga添加量，所以可以抑制因Ga添加而引起的透過率的減少，能夠在較大的波長范圍內(nèi)得到而具有高透過率的透明電極。因此，沒有必要在ZnO層的形成時為提高透過率而添加氧，從而能夠降低氧對透明電極的損傷，提高形成時的控制性以及成品率。
因為這樣實(shí)現(xiàn)了高透過率，所以能夠向光電轉(zhuǎn)換層提供大量的光，從而使短路電流密度上升，結(jié)果使光電轉(zhuǎn)換效率上升。
此外，通過抑制Ga添加量，從而提高與p型以及n型硅層的界面特性，能夠得到高的開放電壓、短路電流密度以及形狀因數(shù)，結(jié)果，使光電轉(zhuǎn)換效率得到提高。
(第三實(shí)施方式)以下，參照圖3對本發(fā)明的第三實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置與第一以及第二實(shí)施方式不同的是其發(fā)電層由非結(jié)晶型硅所形成，與第一實(shí)施方式相同的是光從透明絕緣性基板入射的類型。
(第一工序)在透明絕緣性基板11上形成第一透明電極32。在透明絕緣性基板11上例如使用表示光透過的白板玻璃。
使用SnO2(二氧化錫)作為第一透明電極32。
將透明絕緣性基板11設(shè)置在常壓熱CVD裝置內(nèi)，以SnCl4、水蒸氣(H2O)、氟化氫(HF)作為原料在透明絕緣性基板11上形成SnO2。
(第二工序)接著，在等離子體CVD裝置的陽極上，在形成第一透明電極32的透明絕緣性極板11作為被處理物而被保持的狀態(tài)下，當(dāng)將被處理物放置在反應(yīng)容器內(nèi)后，起動真空泵來對所述反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，對內(nèi)置于陽極上的加熱器通電，將所述被處理物的基板加例如熱到大于或等于160℃。然而，向反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4、H2以及p型雜質(zhì)氣體，將反應(yīng)容器內(nèi)控制在規(guī)定壓力。然后，通過從RF電源向放電用電極提供RF電力而使在所述放電用電極和所述被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在所述被處理物的第一透明電極32上形成非晶體的p型硅層33。非結(jié)晶型硅層的形成主要是通過使硅烷的氫稀釋率低于第一實(shí)施方式來進(jìn)行的。這一點(diǎn)在第三工序以及第四工序中也相同。
例如可以使用B2H6等作為所述p型雜質(zhì)氣體。
(第三工序)當(dāng)形成p型硅層33后，將透明絕緣性基板11放置在其他的等離子體CVD裝置的反應(yīng)容器內(nèi)，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，在反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4和H2的混合氣體，反應(yīng)容器內(nèi)控制在規(guī)定壓力。然后，通過從超高頻電源向放電用電極提供頻率數(shù)為大于或等于60MHz的超高頻電力，使在所述放電用電極和所述被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在所述被處理物的p型硅層33上形成微結(jié)晶的i型硅層34。
此外，最好將反應(yīng)容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體時的壓力設(shè)定為0.5～10Torr的范圍內(nèi)，在0.5～6.0Torr的范圍內(nèi)更好。
(第四工序)當(dāng)形成i型硅層34后，停止原料氣體的提供，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，將透明絕緣性基板11放置在真空排氣后的其他的反應(yīng)容器內(nèi)，向該反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4、H2以及n型雜質(zhì)氣體(PH3等)，反應(yīng)容器內(nèi)控制在規(guī)定壓力。然后，通過從超高頻電源向放電用電極提供超高頻電力而在放電用電極和被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在i型硅層34上形成微結(jié)晶的n型硅層35。然后，將所述被處理物從等離子體CVD裝置中取出。
(第五工序)當(dāng)形成n型硅層15后，停止提供原料氣體，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，將形成直至n型硅層35的透明絕緣性基板11放置在DC噴涂裝置內(nèi)。
在該DC噴涂裝置內(nèi)，在n型硅層15上形成作為第二透明電極36的添加Ga的ZnO層。
當(dāng)將透明絕緣性基板11設(shè)置在DC噴涂裝置內(nèi)后，在以規(guī)定量導(dǎo)入氬氣的真空中通過DC噴涂使得添加Ga的ZnO在n型硅層35上形成。Ga的添加量相對于Zn為小于或等于2原子％，為0.02～1.7原子％比較好，0.7～1.3原子％更好。
DC噴涂裝置內(nèi)的壓力為0.6Pa左右、透明絕緣性基板11的溫度為80～135℃、噴涂功率為100W左右比較好。
上述那樣選擇Ga添加量的理由如參照圖7對第一實(shí)施方式的說明。即，在不降低轉(zhuǎn)換效率的范圍內(nèi)減少Ga添加量，可期待通過減少Ga添加量來提高透過率，從而提高轉(zhuǎn)換效率。另外，Ga量降低還會提高Si層(p層或n層)/ZnO:Ga界面的特性。根據(jù)本實(shí)施方式，從該觀點(diǎn)來研究Ga添加量的結(jié)果可預(yù)見，當(dāng)具有本實(shí)施方式的一層非結(jié)晶型硅發(fā)電層的單型光電轉(zhuǎn)換裝置時，若相對于Zn為小于或等于2原子％，則會提高光電轉(zhuǎn)換效率。
(第六工序)然后，在第二透明電極36上形成作為背側(cè)電極17的Ag膜或者Al膜。
這樣制造而得的光電轉(zhuǎn)換裝置，太陽光等從透明絕緣性基板11側(cè)入射，通過在所述pin結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換從而起電。
同時，在光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序中，從第一透明電極12側(cè)開始依次形成p型、i型、n型的硅層33、34、35而形成pin結(jié)構(gòu)，也可以是依次形成n型、i型、p型的硅層而形成的nip結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式，在第二透明電極36上采用Ga添加量相對于Zn為小于或等于2原子％的ZnO層，但本發(fā)明并不局限于此，也可以在第一透明電極32上采用。
其中，因為透明電極具有增加反射率的功能，所以最好在背側(cè)電極37側(cè)的第二透明電極36上采用本發(fā)明的添加Ga的ZnO層。
根據(jù)本實(shí)施方式，使用添加Ga的ZnO作為透明電極，Ga添加量相對于Zn為小于或等于2原子％，在確保期望的光電轉(zhuǎn)換效率的范圍內(nèi)，允許透明電極的電阻率增加到某種程度，盡可能地減少Ga添加量，所以可以抑制因Ga添加而引起的透過率的減少，能夠在較大的波長范圍內(nèi)能夠得到而具有高透過率的透明電極。因此，沒有必要在ZnO層的形成時為了提高透過率而添加氧，從而能夠降低氧對透明電極的損傷，提高形成時的控制性以及成品率。
因為這樣實(shí)現(xiàn)了高透過率，所以能夠向光電轉(zhuǎn)換層提供大量的光，從而使短路電流密度上升，結(jié)果使光電轉(zhuǎn)換效率上升。
此外，通過抑制Ga添加量，從而提高與p型以及n型硅層的界面特性得到提高，因此能夠得到高的開放電壓、短路電流密度以及形狀因數(shù)，結(jié)果，使光電轉(zhuǎn)換效率得到提高。
(第四實(shí)施方式)以下，參照圖4對本發(fā)明的第四實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置在發(fā)電層由非結(jié)晶型硅所形成的這一點(diǎn)上與第三實(shí)施方式相同，與第三實(shí)施方式不同的是絕緣性基板能夠使用由不透明所形成的結(jié)構(gòu)，是從反向的集電極側(cè)入射光的類型(這一點(diǎn)與第二實(shí)施方式相同)。
(第一工序)在不透光的不透明絕緣性基板21上形成第一透明電極22。在不透明絕緣性基板21上例如使用不銹鋼板。同時，也可以使用鈉玻璃(蘭板)來代替不透明絕緣性基板21。
使用添加Ga(鎵)的ZnO(氧化鋅)作為第一透明電極42。
將透明絕緣性基板21設(shè)置在DC噴涂裝置內(nèi)，在以規(guī)定量導(dǎo)入氬氣的真空中通過DC噴涂使添加Ga的ZnO在透明絕緣性基盤21上形成。Ga的添加量相對于Zn為小于或等于2原子％，為0.02～1.7原子％比較好，為0.7～1.3原子％更好。因為有關(guān)選擇Ga添加量的數(shù)值范圍的理由與第三實(shí)施方式相同，所以省略其說明。
DC噴涂裝置內(nèi)的壓力為0.6Pa左右、透明絕緣性基板11的溫度為80～135℃、噴涂功率為100W左右比較好。
(第二工序～第四工序)因為形成微結(jié)晶的n型硅層35、i型硅層34以及p型硅層33的工序與第三實(shí)施方式相同故省略第二工序至第四工序的說明。
(第五工序)當(dāng)形成p型硅層33后，停止原料氣體的提供，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，將形成直至p型硅層33的不透明絕緣性基板21放置在DC噴涂裝置內(nèi)。
在該DC噴涂裝置內(nèi)，形成SnO2層作為第二透明電極46。
(第六工序)然后，在第二透明電極46上形成Ag膜或者Al膜作為集電極27。集電極27形成網(wǎng)狀或者紋狀，從而不會防礙光的入射。
這樣制造而得的光電轉(zhuǎn)換裝置太陽光等從集電極27側(cè)入射，通過在所述nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換從而起電。
同時，在光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序中，從第一透明電極42側(cè)開始依次形成n型、i型、p型的硅層35、34、33而形成nip結(jié)構(gòu)，也可以是依次形成p型、i型、n型的硅層而形成pin結(jié)構(gòu)。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式，第一透明電極采用Ga添加量相對于Zn為小于或等于2原子％的ZnO層，但本發(fā)明并不局限于此，也可以在第二透明電極46中采用。
其中，因為透明電極具有增加反射率的功能，所以最好在不透明絕緣性基板21側(cè)的第一透明電極42上采用本發(fā)明的添加Ga的ZnO層。
根據(jù)本實(shí)施方式，使用添加Ga的ZnO作為透明電極，Ga添加量相對于Zn為小于或等于2原子％，在確保期望的光電轉(zhuǎn)換效率的范圍內(nèi)，允許透明電極的電阻率增加到某種程度，盡可能地減少Ga添加量，抑制因Ga添加而引起的透過率的減少，能夠在較大的波長范圍內(nèi)能夠得到而具有高透過率的透明電極。因此，沒有必要在ZnO層的形成時為了提高透過率而添加氧，從而能夠降低氧對透明電極的損傷，提高形成時的控制性以及成品率。
因為這樣實(shí)現(xiàn)了高透過率，所以能夠向光電轉(zhuǎn)換層提供大量的光，從而使短路電流密度上升，結(jié)果使光電轉(zhuǎn)換效率上升。
此外，通過抑制Ga添加量，從而提高與p型以及n型硅層的界面特性，因此能夠得到高的開放電壓、短路電流密度以及形狀因數(shù)，結(jié)果，使光電轉(zhuǎn)換效率得到提高。
(第五實(shí)施方式)以下，參照圖5對本發(fā)明的第五實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置在發(fā)電層是層積非結(jié)晶型硅的發(fā)電層和微結(jié)晶硅的發(fā)電層的串聯(lián)型這一點(diǎn)上與上述實(shí)施方式不同。
(第一工序)在透明絕緣性基板11上形成第一透明電極32。在透明絕緣性基板11上例如使用表示光透過的白板玻璃。
使用SnO2(二氧化錫)作為第一透明電極32。
將透明絕緣性基板11設(shè)置在常壓熱CVD裝置內(nèi)，以SnCl4、水蒸氣(H2O)、氟化氫(HF)作為原料在透明絕緣性基板11上形成SnO2。
(第二工序)接著，在等離子體CVD裝置的陽極上，在形成第一透明電極32的透明絕緣性極板11作為被處理物而被保持的狀態(tài)下，當(dāng)將被處理物放置在反應(yīng)容器內(nèi)后，起動真空泵來對所述反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，對內(nèi)置于陽極上的加熱器通電，將所述被處理物的基板加熱到例如大于或等于160℃。然而，向反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4、H2以及p型雜質(zhì)氣體，將反應(yīng)容器控制在規(guī)定壓力。然后，通過從RF電源向放電用電極提供RF電力而在所述放電用電極和所述被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在所述被處理物的第一透明電極32上形成微結(jié)晶的p型膜硅層33。非結(jié)晶型硅層的形成主要是通過使硅烷的氫稀釋率低于第一實(shí)施方式來進(jìn)行。這一點(diǎn)第三工序以及第四工序也相同。
例如可以使用B2H6等作為所述p型雜質(zhì)氣體。
(第三工序)當(dāng)形成p型硅層33后，將透明絕緣性基板11放置在其他的等離子體CVD裝置的反應(yīng)容器內(nèi)，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，在反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4和H2的混合氣體，反應(yīng)容器內(nèi)控制在規(guī)定壓力。然后，通過從超高頻電源向放電用電極提供頻率數(shù)為大于或等于60MHz的超高頻電力，使得在所述放電用電極和所述被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在所述被處理物的p型硅層33上形成微結(jié)晶的i型硅層34。
此外，最好將反應(yīng)容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體時的壓力設(shè)定為0.5～10Torr的范圍內(nèi)，在0.5～6.0Torr的范圍內(nèi)更好。
(第四工序)當(dāng)形成i型硅層34后，停止原料氣體的提供，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，將透明絕緣性基板11放置在真空排氣的其他的反應(yīng)容器內(nèi)，向該反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4、H2以及n型雜質(zhì)氣體(PH3等)，反應(yīng)容器內(nèi)控制在規(guī)定壓力。然后，通過從超高頻電源向放電用電極提供超高頻電力而在放電用電極和被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在i型硅層34上形成微結(jié)晶的n型硅層35。之后，將所述被處理物從等離子體CVD裝置中取出。
這樣，通過第二～第四工序而形成由非結(jié)晶型硅構(gòu)成的發(fā)電層。
(第五工序)
然后，在上述非結(jié)晶型硅發(fā)電層33、34、35上形成由微結(jié)晶硅構(gòu)成的發(fā)電層。
微結(jié)晶硅層的成膜方法與第一實(shí)施方式相同。
即，在等離子體CVD裝置的陽極上，將形成非結(jié)晶型硅發(fā)電層的透明絕緣性極板11作為被處理物而被保持的狀態(tài)下，當(dāng)將被處理物放置在反應(yīng)容器內(nèi)后，起動真空泵來對所述反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，對內(nèi)置于陽極上的加熱器通電，將所述被處理物的基板例如加熱到大于或等于160℃。然后，向反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4、H2以及p型雜質(zhì)氣體，將反應(yīng)容器控制在規(guī)定壓力。然后，通過從超高頻電源向放電用電極提供超高頻電力而在所述放電用電極和所述被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在所述被處理物的非結(jié)晶型硅發(fā)電層7上形成微結(jié)晶的p型硅層13。
例如可以使用B2H6等作為所述p型雜質(zhì)氣體。
(第六工序)當(dāng)形成p型硅層13后，將透明絕緣性基板11放置在其他的等離子體CVD裝置的反應(yīng)容器內(nèi)，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，在反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4和H2的混合氣體，反應(yīng)容器內(nèi)控制在規(guī)定壓力。然后，通過從超高頻電源向放電用電極提供頻率數(shù)為大于或等于60MHz的超高頻電力，在所述放電用電極和所述被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在所述被處理物的p型硅層13上形成微結(jié)晶的i型硅層14。
此外，最好將反應(yīng)容器內(nèi)產(chǎn)生等離子體時的壓力設(shè)定為0.5～10Torr的范圍內(nèi)，在1.0～6.0Torr的范圍內(nèi)更好。
(第七工序)當(dāng)形成i型硅層14后，停止原料氣體的提供，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，將透明絕緣性基板11放置在真空排氣的其他的反應(yīng)容器內(nèi)，向該反應(yīng)容器內(nèi)導(dǎo)入作為原料氣體的SiH4、H2以及n型雜質(zhì)氣體(PH3等)，反應(yīng)容器內(nèi)控制在規(guī)定壓力。然后，通過從超高頻電源向放電用電極提供超高頻電力而在放電用電極和被處理物之間產(chǎn)生等離子體，在i型硅層14上形成微結(jié)晶的n型硅層15。之后，將所述被處理物從等離子體CVD裝置中取出。
(第八工序)當(dāng)形成n型硅層15后，停止提供原料氣體，對反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行真空排氣。接著，將形成直至n型硅層15的透明絕緣性基板11放置在DC噴涂裝置內(nèi)。
在該DC噴涂裝置內(nèi)，在n型硅層15上形成作為第二透明電極16的添加Ga的ZnO層。
當(dāng)將透明絕緣性基板11設(shè)置在DC噴涂裝置內(nèi)后，在以規(guī)定量導(dǎo)入氬氣的真空中通過DC噴涂使得添加Ga的ZnO在n型硅層15上形成。Ga的添加量相對于Zn為小于或等于15原子％，為0.02～10原子％比較好，為0.5～2原子％更好。因為關(guān)于選擇Ga添加量的數(shù)值范圍的理由與第一實(shí)施方式相同，所以省略其說明。
DC噴涂裝置內(nèi)的壓力為0.6Pa左右、透明絕緣性基板11的溫度為80～135℃、噴涂功率為100W左右比較好。
(第九工序)然后，在第二透明電極16上形成作為背側(cè)電極17的Ag膜或者Al膜。
這樣制造而得的光電轉(zhuǎn)換裝置太陽光等從透明絕緣性基板11側(cè)入射，通過在所述pin結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換從而起電。
同時，在光電轉(zhuǎn)換裝置得制造工序中，從第一透明電極32側(cè)開始依次形成p型、i型、n型的非結(jié)晶型硅層33、34、35而形成pin結(jié)構(gòu)，也可以是依次形成n型、i型、p型的硅層而形成的nip結(jié)構(gòu)。
此外，從第一透明電極32側(cè)開始依次形成p型、i型、n型的微結(jié)晶硅層13、14、15而形成pin結(jié)構(gòu)，也可以是依次形成n型、i型、p型的微結(jié)晶硅層而形成的nip結(jié)構(gòu)。
此外，非結(jié)晶型硅發(fā)電層34、35、36和微結(jié)晶硅發(fā)電層13、14、15的層積順序也可以相反。
此外，如第二實(shí)施方式或者第四實(shí)施方式那樣，也可以是透明絕緣性基板11作為不透明絕緣性基板21，背側(cè)電極17作為集電極27，光從集電極側(cè)開始入射的類型。
此外，根據(jù)本實(shí)施方式，在第二透明電極16上采用的是Ga添加量相對于Zn為小于或等于15原子％的ZnO層，本發(fā)明并不局限于此，也可以在第一透明電極32中采用。
其中，因為透明電極具有增加反射率的功能，所以在背側(cè)電極17側(cè)的第二透明電極16上最好采用本發(fā)明的添加Ga的ZnO層。
根據(jù)本實(shí)施方式，使用添加Ga的ZnO作為透明電極，Ga添加量相對于Zn為小于或等于15原子％，在確保期望的光電轉(zhuǎn)換效率的范圍內(nèi)，允許透明電極的電阻率增加到某種程度，盡可能地減少Ga添加量，所以可以抑制因Ga添加而引起的透過率的減少，能夠在較大的波長范圍內(nèi)能夠得到而具有高透過率的透明電極。因此，沒有必要在ZnO層的形成時為了提高透過率而添加氧，從而能夠降低氧對透明電極的損傷，提高形成時的控制性以及成品率。
因為這樣實(shí)現(xiàn)了高透過率，所以能夠向光電轉(zhuǎn)換層提供大量的光，從而使短路電流密度上升，結(jié)果使光電轉(zhuǎn)換效率上升。
此外，通過抑制Ga添加量，從而提高與p型以及n型硅層的界面特性，因此能夠得到高的開放電壓、短路電流密度以及形狀因數(shù)，結(jié)果，使光電轉(zhuǎn)換效率得到提高。
同時，根據(jù)本實(shí)施方式，發(fā)電層是層積非結(jié)晶型硅的發(fā)電層和微結(jié)晶硅的發(fā)電層的串聯(lián)型，但是，也可以是層積微結(jié)晶硅和與該微結(jié)晶硅具有不同光譜靈敏度的其他的微結(jié)晶硅的串聯(lián)型，或者是層積微結(jié)晶硅和與該微結(jié)晶硅具有不同光譜靈敏度的微結(jié)晶硅鍺的串聯(lián)型。
微結(jié)晶硅鍺是以SiH4、GeH4、H2為原料，在與微結(jié)晶硅相同條件下制造的。
(第六實(shí)施方式)以下，參照圖6對本發(fā)明的第六實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說明。
本實(shí)施方式的光電轉(zhuǎn)換裝置在發(fā)電層是層積由非結(jié)晶型硅的發(fā)電層和微結(jié)晶硅的發(fā)電層的串聯(lián)型這一點(diǎn)上與第五實(shí)施方式相同。相對第五實(shí)施方式來說，僅在非結(jié)晶型硅的發(fā)電層33、34、35和微結(jié)晶硅的發(fā)電層13、14、15之間設(shè)置有中間透明導(dǎo)電膜這一點(diǎn)上不同，對該點(diǎn)進(jìn)行說明，其他方面與第五實(shí)施方式相同故省略其說明。
在第五實(shí)施方式的第四工序中，在形成非晶體的n型硅層35以后，通過DC噴涂裝置來形成由Ga添加ZnO所構(gòu)成的中間透明導(dǎo)電膜61。
在該DC噴涂裝置內(nèi)，在非晶體的n型硅層35形成作為透明中間導(dǎo)電膜61的添加Ga的ZnO層。
在將透明絕緣性基板11設(shè)置在DC噴涂裝置內(nèi)之后，在以規(guī)定量導(dǎo)入氬氣的真空中通過DC噴涂使添加Ga的ZnO在n型硅層35上形成。Ga的添加量相對于Zn為小于或等于15原子％，為0.02～10原子％比較好，為0.5～2原子％更好。因為有關(guān)選擇Ga添加量的數(shù)值范圍的理由與第一實(shí)施方式相同，所以省略其說明。
DC噴涂裝置內(nèi)的壓力為0.6Pa左右、透明絕緣性基板11的溫度為室溫～135℃、噴涂功率為100W左右比較好。
這樣，即使形成中間透明導(dǎo)電膜，也能得到與第五實(shí)施方式的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置相同的效果。
同時，根據(jù)本實(shí)施方式，發(fā)電層是層積非結(jié)晶型硅的發(fā)電層和微結(jié)晶硅的發(fā)電層的串聯(lián)型，但是，也可以是層積微結(jié)晶硅和與該微結(jié)晶硅具有不同光譜靈敏度的其他的微結(jié)晶硅的串聯(lián)型，或者是層積微結(jié)晶硅和與該微結(jié)晶硅具有不同光譜靈敏度的微結(jié)晶硅鍺的串聯(lián)型。
微結(jié)晶硅鍺是以SiH4、GeH4、H2為原料，在與微結(jié)晶硅相同的條件下制造的。
實(shí)施例以下，對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
(第一實(shí)施例)第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置是基于第一實(shí)施方式做成的。具體地說，如圖1所示，是光從透明絕緣性基板11側(cè)入射的類型，具有一層微結(jié)晶硅發(fā)電層13、14、15的單型光電轉(zhuǎn)換裝置。
第一以及第二透明電極12、16的Ga添加量相對于Zn為1原子％。
第一以及第二透明電極12、16的膜厚為80nm。
上述透明電極的透過率在大于或等于550nm的波長區(qū)域內(nèi)為大于或等于95％。
做成了只有Ga添加量為9原子％這一點(diǎn)不同的光電轉(zhuǎn)換裝置作為比較例。
(第二實(shí)施例)第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置是基于第三實(shí)施方式做成的。具體地說，如圖3所示，是光從透明絕緣性基板11側(cè)入射的類型，具有一層非結(jié)晶型硅發(fā)電層33、34、35的單型光電轉(zhuǎn)換裝置。
第二透明電極36的Ga添加量相對于Zn為1原子％。
第二透明電極36的膜厚為80nm。
上述透明電極的透過率在大于或等于550nm的波長區(qū)域內(nèi)為95％以上。
做成了只有Ga添加量為9原子％這一點(diǎn)上不同的光電轉(zhuǎn)換裝置作為比較例。
(第三實(shí)施例)第三實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置是基于第五實(shí)施方式做成的。具體地說，如圖3所示，是光從透明絕緣性基板11側(cè)入射的類型，每層具有非結(jié)晶型硅發(fā)電層33、34、35和微結(jié)晶硅發(fā)電層13、14、15的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置。
第二透明電極16的Ga添加量相對于Zn為1原子％。
第二透明電極16的膜厚為80nm上述透明電極的透過率在大于或等于550nm以上的波長區(qū)域內(nèi)為大于或等于95％。
做成了只有Ga添加量為9原子％這一點(diǎn)上不同的光電轉(zhuǎn)換裝置作為比較例。
(第四實(shí)施例)第四實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置是基于第六實(shí)施方式做成的。具體地說，如圖6所示，是從光透明絕緣性基板11側(cè)入射的類型，具有每層非結(jié)晶型硅發(fā)電層33、34、35和微結(jié)晶硅發(fā)電層13、14、15以及在其發(fā)電層之間設(shè)置有中間透明導(dǎo)電膜61的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置。
第二透明電極16以及中間透明導(dǎo)電膜61的Ga添加量相對于Zn為1原子％。
第二透明電極16的膜厚為80nm。中間透明導(dǎo)電膜61的膜厚為50nm。
上述透明電極的透過率在大于或等于550nm的波長區(qū)域內(nèi)為大于或等于95％。
做成了只有Ga添加量為9原子％這一點(diǎn)上不同的光電轉(zhuǎn)換裝置作為比較例。
基于上述第一～第四實(shí)施例和相對其的比較例所做成的光電轉(zhuǎn)換裝置，模擬太陽光(光譜AM1.5、照射強(qiáng)度100mW/cm2、環(huán)境氣體溫度25℃)從透明絕緣性基板11側(cè)入射，來評價發(fā)電特性。其結(jié)果如表1所示。
表1

在表1中，相對各實(shí)施例以及比較例來顯示Jsc(短路電流密度)、Voc(開放電壓)、FF(曲線因數(shù))、以及Eff.(變換效率)。各個實(shí)施例的值表示為以比較例為1的相對值。
從表1中可以看出，因為通過使Ga添加量減少而能夠在較大的波長范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高透過率，所以能夠向光電轉(zhuǎn)換層提供大量的光，從而提高Jsc(短路電流密度)。
此外，對于實(shí)施例3以及實(shí)施例4的串聯(lián)型來說，通過減少Ga添加量來提高p型硅層的結(jié)晶性，從而改善FF(形狀因數(shù))。
這樣，因為改善了Jsc(短路電流密度)和FF(曲線因數(shù))，所以通過減少添加Ga的ZnO所構(gòu)成的透明電極或者中間透明導(dǎo)電膜的Ga添加量，使得轉(zhuǎn)換效率提高。
特別是，在實(shí)施例1的微結(jié)晶硅的單一型光電轉(zhuǎn)換裝置中，Eff.(變換效率)得到顯著改善。該理由被認(rèn)為Ga量降低而引起的Si層(p層或者n層)/ZnO:Ga界面的特性提高。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，在透明絕緣性基板上至少依次層積有第一透明電極，由p型硅層、i型硅層以及n型硅層構(gòu)成的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層，第二透明電極以及背側(cè)電極，其中，所述第一透明電極以及所述第二透明電極的至少某一項是添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
2.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，在絕緣性基板上至少依次層積有背側(cè)電極，第一透明電極，由p型硅層、i型硅層以及n型硅層構(gòu)成的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層，第二透明電極以及集電極，其中，所述第一透明電極以及所述第二透明電極的至少某一項是添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
3.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，在透明絕緣性基板上至少依次層積有第一透明電極，由p型硅層、i型硅層以及n型硅層構(gòu)成的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的非結(jié)晶型硅層，第二透明電極，以及背側(cè)電極，其中，所述第一透明電極以及所述第二透明電極的至少某一項是添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于2原子％。
4.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，在絕緣性基板上至少依次層積有背側(cè)電極，第一透明電極，由p型硅層、i型硅層以及n型硅層構(gòu)成的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的非結(jié)晶型硅層，第二透明電極，以及集電極，其中，所述第一透明電極以及所述第二透明電極的至少某一項是添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于2原子％。
5.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述第一透明電極或者所述第二透明電極和pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的所述微結(jié)晶硅層之間，層積有pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的非結(jié)晶型硅層。
6.如權(quán)利要求2所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述第一透明電極或者所述第二透明電極和pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的所述微結(jié)晶硅層之間，層積有pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的非結(jié)晶型硅層。
7.如權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述非結(jié)晶型硅層和所述微結(jié)晶硅層之間設(shè)置有中間透明導(dǎo)電膜，所述中間透明導(dǎo)電膜為添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
8.如權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述非結(jié)晶型硅層和所述微結(jié)晶硅層之間設(shè)置有中間透明導(dǎo)電膜，所述中間透明導(dǎo)電膜為添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
9.如權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述第一透明電極或者所述第二透明電極和pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的所述微結(jié)晶硅層之間，層積具有不同光譜靈敏度的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層或者微結(jié)晶硅鍺層。
10.如權(quán)利要求2所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述第一透明電極或者所述第二透明電極和pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的所述微結(jié)晶硅層之間，層積具有不同光譜靈敏度的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層或者微結(jié)晶硅鍺層。
11.如權(quán)利要求9所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述微結(jié)晶硅層和具有不同光譜靈敏度的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層或者所述微結(jié)晶硅鍺層之間設(shè)置有中間透明導(dǎo)電膜，所述中間透明導(dǎo)電膜為添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
12.如權(quán)利要求10所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，在所述微結(jié)晶硅層和具有不同光譜靈敏度的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層或者所述微結(jié)晶硅鍺層之間設(shè)置有中間透明導(dǎo)電膜，所述中間透明導(dǎo)電膜為添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
全文摘要
一種光電轉(zhuǎn)換裝置，使用具有最合適的電阻率和透過率之間關(guān)系的透明電極或者透明導(dǎo)電膜來實(shí)現(xiàn)高光電轉(zhuǎn)換率。在透明絕緣性基板上至少依次層積有第一透明電極，由p型硅層、i型硅層以及n型硅層構(gòu)成的pin結(jié)構(gòu)或者nip結(jié)構(gòu)的微結(jié)晶硅層，第二透明電極以及背側(cè)電極，其中，所述第一透明電極以及所述第二透明電極的至少某一項是添加Ga的ZnO層，所述Ga的含量相對于Zn為小于或等于15原子％。
文檔編號H01L21/28GK1638153SQ20051000397
公開日2005年7月13日 申請日期2005年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月9日
發(fā)明者渡辺俊哉, 山下信樹, 中野要治, 吳屋真之, 坂井智嗣, 米倉義道 申請人:三菱重工業(yè)株式會社