光生伏打元件及其制造法制造技术

由半导体结型元件组成的光生伏打元件，其特征是，该元件包括第１导电类型半导体层，非晶ｉ型半导体层，微晶第２导电类型半导体层，这是ｐｉｎ结合的。制造光生伏打元件的方法和设备，其特征是，有效地而连续地大量生产光生伏打元件，它具有优良的电流电压特性，和优良的光电转换效率。光生伏打元件，在非晶ｉ型层和微晶导电层之间有良好的晶格连续性，该方法和设备用于连续地大批量地生产光生伏打元件。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用非单晶半导体的光生伏打元件和采用等离子CVD方法连续形成光生伏打元件的非单晶半导体层的方法及制造设备。特别是涉及采用滚动设备大量生产如太阳电池的光生伏打元件的方法和设备。有许多利用非晶半导体改善光生伏打元件的光电转换效率的方法，例如，需要改善P型半导体层，I型半导体层，n型半导体层，透明电极，背面电极等特性，利用pin型半导体结构成光生伏打元件。特别是，要求诸如p型半导体层或者n型半导体层那样的所谓掺杂层，首先，要求被激发的受主或施主浓度高，并且激活能量小。因此，形成pin结时的扩散电位(固有电位)变大，并且光生伏打元件的开路电压(Voc)变大，则提高了光电转换效率。其次，基本上不构成产生光电流的掺杂层，因此，这层尽可能地不妨碍射到产生光电流的i型半导体层上的入射光，所以，为了减小掺杂层的吸收率，重要的是使光学带隙变宽和使掺杂层的膜厚变薄。有如上所述特性的掺杂层材料，可用IV族半导体材料，例如，Si，SiC，SiN，或者SiO制成，并且研究了非晶或者微晶材料。首先，认为有很大禁带宽度的IV族半导体合金材料是稳定的，因为它们具有小的吸收系数，并且认为微晶或者多晶半导体材料是稳定的，因为它们有小的吸收系数和小的激活能。另一方面，要求在掺杂层和i型半导体层之间形成的均质结或异质结的结界面的界面态要小。然而，在i型半导体层和微晶或多晶p型半导体层之间的晶格连续性不好，会产生结界面态。因此，载流子移动特性和占空因数(FF)大大降低，这样，对其改善便成为一项任务。另一方面，在美国专利No.4400409中公开了一种采用连续滚动系统的连续等离子CVD方法，显著地改进大批量生产率。按照本方法，利用长带状部件作为衬底，在其纵方向连续地传送衬底，同时在许多辉光放电区淀积和形成所需要的导电类型半导体层，由此，能连续地形成具有半导体结的元件。附图8是典型的连续滚动型等离子CVD设备的简图，用于依次叠成n、i和p型半导体层，由此，形成单电池型光生伏打元件。标号801表示整个叠加膜形成设备。标号802表示长的导电磁性材料带状部件，标号803表示带状部件的送片室，标号804表示带状部件的卷片室，标号805到807表示叠加膜形成室，其中标号805表示n型层形成室，标号806表示i型层形成室，标号807表示p型层形成室。标号809表示放电空间，标号808表示气体阀门，标号810和811表示带轴。下面参照图8叙述形成半导体膜的过程。淀积膜形成设备801具有送片室803，用于发送带状部件802，位于相对端的卷片室804，用于卷取带状部件802，由等离子CVD方法形成多层半导体层的叠加膜形成室805，806，807，在送片室和卷片室之间通过气体阀门808相互串联。把诸如H2的清洗气体输入气体阀门808，相对于位于相对端的淀积膜形成室形成气压隔离板，防止在各形成室之间进行气体扩散，于是具有连续滚动型膜形成设备的特征。把材料气体输入到每个叠加膜形成室，通过施加高频波或微波电功率，在放电空间进行放电。并且，每个叠加膜形成室有排除装置，和气压调节阀，能使其保持在预定气压的减少的压力状态。在膜形成过程中，长的带状部件802从送片室803送出，传送到卷片室804，在叠加膜形成室805、806、807的放电空间连续地淀积各半导体层，同时，使带状部件802连续地移动。而且，利用分别设置n、i、p型形成室的形成室系统可能制造串联型电池的光生伏打元件。本专利技术的目的是提供光生伏打元件，采用能显著提高大批量生产效率的连续滚动设备，使非晶i型层和微晶电导型层之间的结型界面具有良好晶格连续性，该元件具有优良的电流电压特性，有优良的光电转换效率，本专利技术还提供连续大批量生产诸如光生伏打元件的方法和设备。本专利技术的光生伏打元件是包括结型半导体元件的光生伏打元件，其特征是该元件包括第1导电类型的半导层，非晶i型半导体层，微晶i型半导体层，和包括微晶的第2导电类型的半导体层，并且是pin结型元件。本专利技术的光生伏打元件的特征是，半导体层主要由硅和包括锗的非晶i型半导体层形成。并且，本专利技术的光生伏打元件的特征是，如此构成的元件，具有许多pin结。本专利技术的光生伏打元件的特征是，第2导电类型半导体层构成为，使其位于光入射一侧。并且，其特征是，第2导电类型半导体层是p型层。还有，最好使微晶i型半导体层具有50到100埃的厚度。还有，最好使微晶p型半导体层的厚度是80到150埃。还有，其特征是，微晶p型半导体层在其外表面的杂质浓度是1021原子/cm3以上，而且其杂质浓度朝向微晶i型半导体层减少。还有，最好如此构成微晶i型半导体层，使其区域中的原子浓度为1018原子/cm3以下，并且具有至少30埃的厚度。其次，本专利技术制造光生伏打元件的方法的特征是，利用高频等离子CVD方法在长衬底上形成第1导电类型的半导体层，在其上形成非晶i型半导体层，在其上形成微晶i型半导体层，并且，利用高频等离子CVD方法，在其上形成包括微晶的第2导电类型的半导体层。还有，最好，用SiH4和H2作为原材料气体，施加给SiH4的H2量是SiH4量的50倍以上，对原材料气体施加高频功率的数量是0.2W/cm2以上。还有，用SiH4、H2和BF3作为原材料气体，形成微晶p型半导体层，施加的H2的量是SiH4的量的50倍以上，并且对原材料气体施加的高频电功率的数量为0.01到0.03W/cm2。还有，形成微晶i型半导体层的温度低于形成非晶i型半导体层的温度，而形成微晶i型半导体层的温度是180℃到240℃。还有，其特征是利用微波等离子CVD方法形成非晶i型半导体层。还有，其特征是非晶i型半导体层具有由微波等离子CVD方法形成的i型层和由高频等离子CVD方法形成的i型层。此外，本专利技术制造光生伏打元件设备的一种形式是利用等离子CVD方法在长衬底上连续累积多层半导体层的叠加膜形成设备，其特征是，至少第1淀积室具有让原材料气体在长衬底移动方向从上部向下部流动的部件，第2淀积室具有让原材料气体在长衬底移动方向从下部向上部流动的部件，第1淀积室和第2淀积室通过隔离通路相互连接。还有，其特征是，至少在第2淀积室用于为产生等离子而施加电功率的面积要大于淀积室中长衬底的面积。还有，其特征是，该电极是片状或盒状的形状。还有，电极的电位相对于长衬底是正的。还有，其特征是，用于把原材料气体输入到淀积室的部分具有用于对原材料气流屏蔽长衬底的部件。本专利技术制造光生伏打元件的另一种设备，是利用等离子CVD方法形成淀积膜的淀积膜形成设备，其特征是，用于施加电功率来产生等离子的电极的面积，大于淀积室中衬底的面积。还有，其特征是，该电极是片状或盒状的形状。还有，其特征是，电极的电位相对于长衬底是正的。还有，其特征是，用于把原材料气体施加到淀积室的部分具有用于对原材料气流屏蔽长衬底的部件。附图说明图1表示本专利技术形成硅单电池型光生伏打元件的设备。图2表示本专利技术形成硅锗单电池型光生伏打元件的设备。图3表示本专利技术形成SiGe/SiGe/Si三电池型光生伏打元件的设备。图4表示本专利技术微晶i型半导体层形成室。图5表示本专利技术微晶p型半导体形成室。图6表示本专利技术微晶p型半导体层形成室中阴极电极的形状。图7表示本专利技术微晶i型SiGe半导体层形成室本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光生伏打元件，由半导体结元件组成，其特征是，所述的元件包括第１导电类型的半导体层，非晶ｉ型半导体层，微晶ｉ型半导体层，微晶第２导电类型的半导体层，它是ｐｉｎ结元件。

【技术特征摘要】
JP 1996-9-5 255535/961.一种光生伏打元件，由半导体结元件组成，其特征是，所述的元件包括第1导电类型的半导体层，非晶i型半导体层，微晶i型半导体层，微晶第2导电类型的半导体层，它是pin结元件。2.一种按照权利要求1的光生伏打元件，其特征是，所述半导体层主要包含硅。3.一种按照权利要求1的光生伏打元件，其特征是，所述非晶i型半导体层包括锗。4.一种按照权利要求1的光生伏打元件，其特征是，所述元件具有多个pin结。5.一种按照权利要求1的光生伏打元件，其特征是，所述第2导电类型半导体层位于光入射一侧。6.一种按照权利要求1的光生伏打元件，其特征是，所述第2导电类型半导体层是p型层。7.一种按照权利要求1的光生伏打元件，其特征是，所述微晶i型半导体层的厚度是50到100埃。8.一种按照权利要求6的光生伏打元件，其特征是，所述微晶p型半导体层的厚度是80到150埃。9.一种按照权利要求6的光生伏打元件，其特征是，所述微晶p型半导体层在最外表面的杂质浓度是1021原子/cm3或更大，朝向所述微晶i型半导体层的杂质浓度减少。10.一种按照权利要求1的光生伏打元件，其特征是，在所述微晶i型半导体层区域中，原子浓度是1018原子/cm3或更小，该层厚度至少为30埃。11.一种制造光生伏打元件的方法，其特征是，在长的衬底上形成第1导电类型的半导体层，在其上形成非晶i型半导体层，利用高频等离子CVD方法在其上形成微晶i型半导体层，利用高频等离子CVD方法在其上形成微晶第2导电类型半导体层。12.一种按照权利要求11的方法，其特征是，利用SiH4，H2作为原料气体，用于形成所述微晶i型半导体层，输入H2到SiH4的量比是50倍以上，施加到原料气体的高频电功率值是0.2W/cm2以上。13.一种按照权利要求11的方法，其特征是，利用SiH4，H2和BF3作为原料气体，用来形成所述微晶第2导电类型半导体层，使所述H2对SiH4的数量比是50倍以上，使BF3对SiH4的数量是10到50％，施加到所述原料气...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈部正太郎，藤冈靖，金井正博，酒井明，泽山忠志，幸田勇藏，芳里直，矢岛孝博，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]