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Dokumentenidentifikation DE60128076T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001265297
Titel Herstellungsverfahren für einen LICHTENERGIEWANDLER
Anmelder Sony Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder MACHIDA, Akio, Tokyo 141-0001, JP;
USUI, Setsuo, Tokyo 141-0001, JP;
NOMOTO, Kazumasa, Tokyo 141-0001, JP
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Aktenzeichen 60128076
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.03.2001
EP-Aktenzeichen 019123280
WO-Anmeldetag 13.03.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/JP01/01981
WO-Veröffentlichungsnummer 2001069690
WO-Veröffentlichungsdatum 20.09.2001
EP-Offenlegungsdatum 11.12.2002
EP date of grant 25.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse H01L 31/075(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01L 31/072(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01L 31/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01L 31/0368(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für eine Lichtenergie-Konversionsvorrichtung.

Hintergrund-Stand der Technik

Als eine Technik zur Umwandlung einer voreingestellten Energiequelle in elektrische Energie und zum Auffangen der so umgewandelten elektrischen Energie werden routinemäßig thermische Energieerzeugung und Kernenergieerzeugung verwendet. In der thermischen Energieerzeugung werden fossile Brennstoffe, wie Kohle oder Petroleum, verbrannt, um Energie zu erzeugen, die über mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. In einem Kernkraftwerk wird nuklearer Brennstoff verwendet, um eine Kernspaltung zu erzeugen, und die so erzeugte Kernenergie wird in elektrische Energie umgewandelt.

Jedoch liegen bei der thermischen Energieerzeugung derartige Probleme vor, wie globale Erwärmung aufgrund des bei der Verbrennung des fossilen Brennstoffs erzeugten Kohlendioxids. Andererseits ist die Kernenergieerzeugung andauernd von einem Problem begleitet, wie Umweltverschmutzung durch Radioaktivität, erzeugt bei der Reaktion der Kernspaltung, sowie nachteiligen Effekten auf die Gesundheit des Menschen.

Das heißt, wenn die elektrische Energie durch Verwertung der oben beschriebenen Energieerzeugungstechnik erhalten werden soll, ist dies mit der Wirkung auf die Umwelt verbunden, mit der Folge, dass die anhaltende Abhängigkeit von fossilem Brennstoff und der Kernenergie ein schwerwiegendes Problem darstellt.

Währenddessen haben Solarzellen als photoelektrische Umwandlungsvorrichtungen zum Umwandeln des Sonnenlichts in elektrische Energie das Sonnenlicht als Energiequelle, so dass diese eine weniger nachteilige Wirkung auf die globale Umwelt haben, so dass zu erwarten ist, dass diese als Zukunftsenergieerzeugungsvorrichtungen intensiver verwendet werden.

Zuerst wird die Effizienz der Solarzelle, die als vielversprechend für eine Energieerzeugungsvorrichtung der nächsten Generation angesehen wird, anhand von 1 erläutert. Die Solarzelle ist eine Vorrichtung zum Umwandeln von einfallender optischer Energie bzw. Licht in elektrische Energie. Im gängigen technischen Niveau geht ein Hauptteil des einfallenden Lichts im Laufe des Umwandlungsverfahrens von Lichtenergie zu elektrischer Energie und beim Abgreifen der elektrischen Energie verloren. Unter den Verlusten an Lichtenergie, die auf die Solarzelle auftrifft, gibt es Quantenverlust, Verlust aufgrund von Träger-Rekombination, Oberflächen-Reflexionsverlust, Absorption durch die Dotierungsschicht und Verlust aufgrund serieller Widerstände.

Das Verhältnis der optischen Energie, die auf die Solarzelle auftrifft, zur verwendbaren elektrischen Energie der auftreffenden optischen Energie, entsprechend der auftreffenden optischen Energie minus den obigen Verlusten, wird als die effektive Effizienz der Solarzelle bezeichnet. Es ist eine allgemeine Aufgabe bei der Herstellung von Solarzellen, wie die effektive Effizienz der Solarzelle erhöht werden kann.

Währenddessen ist die grundlegende Struktur der Solarzelle eine Diode mit einer Kathode und einer Anode bei einem Übergang von Halbleitern vorn p- und n-Typ. Wenn Licht auf diesen Halbleiter fällt, wird ein Elektronen-positives Lochpaar pro Photon in einem höheren Niveau als der Bandlücke des Halbleiters erzeugt. Das Elektron und das positive Loch werden voneinander durch das elektrische Feld des pn-Übergangs isoliert, und werden jeweils zum Halbleiter vom n-Typ und zum Halbleiter vom p-Typ gezogen, so dass eine elektrische Spannung (photoelektromotorische Kraft) über beide Elektroden erzeugt wird. Wenn die Kathode und die Anode miteinander verbunden werden, wird elektrischer Strom erzeugt.

Abgesehen von der oben erwähnten Solarzelle vom p-n-Typ mit dem pn-Übergang, gibt es ebenfalls eine Struktur vom p-i-n-Typ, umfassend eine i-Schicht eines intrinsischen Halbleiterbereichs, der zwischen Halbleiterschichten vom p-Typ und vom n-Typ sandwichartig eingeschoben ist. Die Solarzelle mit der Struktur vom p-i-n-Typ ist hinsichtlich der Breite größer als die Halbleiterschicht vom p-Typ oder die Halbleiterschicht vom n-Typ. Durch die i-Schicht, die als Depletionsbereich arbeitet, ist die Solarzelle mit der Struktur vom p-i-n-Typ dazu in der Lage, auf die Solarzelle einfallende Photonen zu absorbieren, um so viele Elektronen-positive Lochpaare wie möglich zu erzeugen, genauso wie die Lichtreaktion zu beschleunigen. Die oben erwähnte i-Schicht wird zu einer optisch aktiven Schicht der Solarzelle vom p-i-n-Typ.

2 zeigt ein Energiebanddiagramm im Falle eines Kurzschließens der Anschlüsse der Solarzelle vom p-i-n-Typ. Das Fermi-Niveau Ef in der Halbleiterschicht vom p-Typ liegt geringfügig oberhalb des oberen Endes des Valenzelektronenbandes, wobei die positiven Löcher die Hauptträger und die Elektronen die Nebenträger darstellen. Andererseits befindet sich das Fermi-Niveau Ef in der Halbleiterschicht vom n-Typ geringfügig unterhalb des Leitungsbands, wobei die Elektronen die Hauptträger und die positiven Löcher die Nebenträger darstellen. Die i-Schicht, die einen Übergang der Halbleiterschicht vom p-Typ und der Halbleiterschicht vom n-Typ darstellt, bildet eine Potentialbarriere.

Das Material, das die Solarzelle bildet, ist im Allgemeinen Silicium. Die Solarzelle, die aus Silicium gebildet wird, wird grob klassifiziert in eine kristalline Solarzelle, gebildet aus einer einzelnen Kristallsolarzelle oder polykristallinem Silicium, sowie eine amorphe Silicium-Solarzelle.

Die kristalline Silicium-Solarzelle, die bisher den Haupttrend darstellte, die höhere Energie bei gängigem technischen Niveau aufweist als die amorphe Silicium-Solarzelle, unterliegt dem Problem, dass, da das Kristallwuchsverfahren energie- und zeitaufwendig ist, die Solarzelle schwierig in Massenproduktion herzustellen ist, während diese hohe Herstellungskosten aufweist.

Umgekehrt ist die amorphe Silicium-Solarzelle schlechter in der Umwandlungseffizienz auf dem gängigen technischen Niveau als die kristalline Silicium-Solarzelle, jedoch ist sie hinsichtlich der optischen Absorption besser, derart, dass die Dicke der Solarzelle, die für eine photoelektrische Umwandlung erforderlich ist, 1/100 von derjenigen der kristallinen Silicium-Solarzelle sein kann, und daher kann die Solarzelle durch Abscheiden einer Schicht geringerer Dicke aufgebaut sein. Darüber hinaus kann das Substratmaterial der amorphen Silicium-Solarzelle aus einer großen Vielzahl von Materialien, wie Glas, rostfreiem Stahl oder Kunststofffilm auf Polyimid-Basis, ausgewählt werden, so dass die amorphe Silicium-Solarzelle derartige Vorzüge aufweist, dass sie hinsichtlich der Herstellungstoleranz größere Abweichungen ermöglicht und in einer größeren Fläche vorliegen kann. Da zusätzlich die amorphe Silicium-Solarzelle hinsichtlich der Herstellungskosten gegenüber der kristallinen Silicium-Solarzelle reduziert werden kann, wird erwartet, dass diese in Zukunft in weiten Anwendungsbereichen von Verwendung von Zuhause bis zu Energieerzeugungsanlagen in großem Maßstab eingesetzt wird.

Die Solarzelle als die kleinste Einheit der amorphen Silicium-Solarzelle kann hergestellt werden als Ergebnis einer Entwicklung der CVD-(chemische Dampfabscheidungs-)-Technik durch sequentielle Abscheidung dünner Halbleiterfilme mit jeglicher gewünschter Zusammensetzung oder Dicke. Im Allgemeinen werden ein dünner Film aus phosphorhaltigem amorphem Silicium vom n-Typ, das nachfolgend abgekürzt wird als a-Si:H, ein verunreinigungsfreier a-Si:H-Dünnfilm vom i-Typ und ein borhaltiger a-Si:H-Typ vom p-Typ sequentiell auf einem Substrat, wie einem Glassubstrat, abgeschieden, um eine Solarzelle zu bilden. Diese Solarzelle hat einen Potentialgradienten von ihrer Oberfläche, die das einfallende Licht aufnimmt, in Richtung ihrer rückwärtigen Fläche. Es sollte angemerkt werden, dass a-Si:H einen hydrierten amorphen Silicium-Dünnfilm darstellt, in dem Wasserstoff bei der Bildung des Silicium-Dünnfilms abgefangen wurde. Indem Wasserstoff im amorphen Silicium abgefangen wird, kann der Lichtabsorptionskoeffizient im Bereich des sichtbaren Lichts erhöht werden, um den Lichtabsorptionskoeffizienten im Bereich des sichtbaren Lichts zu verbessern. Die Umwandlungseffizienz der Solarzelle kann durch Einsetzen dieser Art von Material als Batteriematerial verbessert werden.

Wenn jedoch das oben erwähnte a-Si:H nur zur Herstellung der Solarzelle verwendet wird, kann das Licht mit der Wellenlänge von nicht weniger als 800 nm kaum verwendet werden, weil die Bandlücke von a-Si:H in der Größenordnung von 1,75 eV liegt.

Somit wurde eine derartige Solarzelle vorgeschlagen, in der der Potentialgradient durch Verunreinigungen erzeugt wird, und zwei oder mehr Halbleitermaterialien mit verschiedenen Bandlücken in Überlagerung abgeschieden werden, um effiziente photoelektrische Umwandlung der Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen bereitzustellen.

Die Solarzelle mit der oben beschriebenen Struktur, bezeichnet als Zelle vom Heteroübergangs-Typ, wurde im Hinblick auf die Tatsache vorgeschlagen, dass die Zelle Licht unterhalb der Energie der Bandlücke des Halbleitermaterials, das die Solarzelle bildet, photoelektrisch nicht umwandeln kann, und je größer die Bandlücke des Halbleitermaterials ist, desto höher ist die Spannung, die durch photoelektrische Umwandlung erhalten werden kann. Mit der Solarzelle vom Heteroübergangs-Typ wird die photoelektrische Umwandlungseffizienz durch Bereitstellen einer Vielzahl von Halbleiterschichten mit Bandlükken, entsprechend der einfallenden Lichtenergie, verbessert.

Die Solarzelle vom Heteroübergangs-Typ zielt auf die Verwirklichung effektiver Lichtverwendung durch Einsetzen von z.B. amorphem Silicium-Germanium ab, nachfolgend bezeichnet als a-SiGe:H. Jedoch hat dieses a-SiGe:H den Nachteil, dass dieses, obwohl es signifikantere Absorption gegenüber Licht längerer Wellenlänge zeigt, und daher in der Lage ist, den Kurzschlußstrom zu vergrößern, ein in-Gap-Level zeigt, gebildet in einer Lücke, über derjenigen des a-Si:H, was den Kurvenfaktor absenkt, und die Umwandlungseffizienz verringert.

Dieses Problem wird angegangen durch Variierung der Zusammensetzung von a-SiGe:H und von a-Si:H, um hierdurch die Bandlücke kontinuierlich zu variieren.

Mit diesem Verfahren kann, je enger der Minimumswertebereich der Bandlücke der i-Schicht zur Halbleiterschicht vom p-Typ, als der Lichteinfallsseite, ist, um so mehr die optische Beeinträchtigung verringert werden, um die Vorrichtungszuverlässigkeit zu verbessern. Dies liegt aufgrund der Tatsache vor, dass, je größer die Verteilung der optischen Absorption in Nachbarschaft zur Halbleiterschicht vom p-Typ ist, umso höher wird das Maß der Ansammlung der positiven Löcher. Jedoch entsteht ein Problem dahingehend, dass, wenn der kleinste Wertebereich der Bandlücke in Nachbarschaft der Halbleiterschicht vom p-Typ gebildet wird, die Bandlücke der i-Schicht in Nachbarschaft zur Halbleiterschicht vom p-Typ kleiner wird, um den Spannungswert weiter abzusenken. Zusätzlich wird in diesem Verfahren, in dem die Bandlücke der i-Schicht abnimmt, um die optische Absorption zu erhöhen, der Kurvenfaktor mit der Bandlücke der i-Schicht um etwa 1,4 eV oder weniger vergrößert, wodurch sich Begrenzungen hinsichtlich der Verbesserung der Umwandlungseffizienz trotz zunehmender lichtoptischer Absorption ergeben.

Es wurde ebenfalls ein Verfahren zur Bereitstellung einer amorphen Siliciumcarbid-(a-SiC:H)-Schicht mit einer weiten Lücke in der Größenordnung von 2,1 eV in einer Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht vom p-Typ und der i-Schicht vorgeschlagen. Jedoch unterliegt dieses Verfahren dem Problem, dass, da es nicht möglich ist, eine a-SiC:H-Schicht einer hohen Filmqualität zu bilden, die optische Verschlechterung vergrößert wird, was zu verschlechterter Lochbewegung nach Lichtbestrahlung führen kann.

Währenddessen ist es notwendig, um die Solarzelle für verschiedenartige Verwendungen anzupassen, auf den Bedarf nach geringerem Gewicht des Produkts, verbessern Produktivität, Einfachheit der Verarbeitung der gekrümmten Flächen und die Kostenreduktion zu reagieren.

Der Hauptteil der niedrigschmelzenden Materialien oder Kunststoffmaterialien kann bei geringeren Temperaturen in eine gewünschte Form geschmolzen werden, so dass die Bearbeitungskosten vorteilhafterweise verringert werden können. Darüber hinaus hat ein Kunststoffmaterial den Vorzug, dass es nicht schwer ist und weniger leicht reißt. Daher ist es erwünscht, niedrigschmelzendes Material oder Kunststoffmaterial als Substrat für die Solarzelle zu verwenden. Wenn das Kunststoffmaterial, insbesondere ein Kunststoff für einen allgemeinen Zweck, wie Polyesterfilm, als Substrat vorliegt, wird es möglich, die Produktivität signifikant unter Verwendung eines Herstellungssystems vom Walzen-zu-Walzen-Typ, das ein längliches Substrat einsetzt, zu verbessern.

Da jedoch die Wärmewiderstandstemperatur des Kunststoffs für allgemeine Zwecke im Allgemeinen bei 200°C oder weniger liegt, ist es notwendig, ein Niedertemperatur-Filmbildungsverfahren zu verwenden, und die Filmbildung für eine hohe Filmqualität im Niedertemperatur-Filmbildungsverfahren zu verwirklichen.

Wenn derartige Materialien, wie Si, Si1-xGex, Ge oder Si1-xCx, einem Filmbildungsverfahren bei einer Substrattemperatur von 200°C oder weniger unterzogen werden, wird der resultierende Film in der Regel amorph. Im amorphen Film gibt es eine große Anzahl von Elementen, die als Kerne zur Rekombination von Nebenträgern, wie dem lokalen Energieniveau in der Energiebandlücke, mit der Trägerlänge dienen, die kürzer ist als diejenige in einem Einkristallfilm oder einem polykristallinen Film.

Wenn daher ein a-Si:H-Film, ein a-Si1-xGex:H-Film und ein a-Ge:H-Film oder ein a-Si1-xCx:H-Film, dotiert mit einer Verunreinigung, wie einem Film, der eine Halbleiterschicht vom p- oder n-Typ wurde, indem er mit Bor oder Phosphor dotiert ist, als Halbleiterschicht vom p-Typ und/oder als Halbleiterschicht vom n-Typ in der Solarzelle vom p-i-n-Typ verwendet wird, wobei die Umwandlungseffizienz aufgrund des geringeren Dunkelstrom-Verhältnisses verringert wird, wodurch ein Hindernis für die Herstellung einer Solarzelle von hoher Qualität bei geringeren Temperaturen vorliegt. Wenn daher diese Materialien verwendet werden, muss das Dunkelstrom-Verhältnis 1 × 10–3 S/cm oder weniger sein, und darüber hinaus ist erforderlich, dass es nicht weniger als 1 × 10–2 S/cm ist.

Weiterhin nimmt die Lichtabsorption in der Solarzelle vom p-i-n-Typ in der Halbleiterschicht vom p-Typ oder in der Halbleiterschicht vom n-Typ an der Verbesserung der Effizienz (sogenannte Totzone) nicht teil. Der a-Si1-xGex:H-Film, ein a-Ge:H-Film oder ein a-Si1-xCx:H-Film, dotiert mit einer Verunreinigung, ist hinsichtlich der Dotierungseffizienz unzureichend, so dass der Film dazu neigt, depletiert zu werden. Wenn der a-Si1-xGex:H-Film, ein a-Ge:H-Film oder ein a-Si1-xCx:H-Film verwendet wird, muss die Filmdicke in mehr oder weniger großem Ausmaß größer sein, um Depletion zu verhindern. Somit wird in dieser Art von Solarzelle, in der die Halbleiterschicht vom p-Typ und die Halbleiterschicht vom n-Typ in der Filmdicke zunimmt, die Lichtabsorption in diesen Schichten erhöht, um die Verbesserung der Umwandlungseffizienz zu behindern.

Somit wurde in der Solarzelle auf Basis von amorphem Silicium vom p-i-n-Typ eine derartige Technik vorgeschlagen, in der nur die Halbleiterschicht vom p-Typ mit einer Verunreinigung dotiert, und die i-Schicht kristallisiert wird, um den Wert des Lichtabsorptionskoeffizienten als einen Index für die Einfachheit der optischen Absorption zu verringern, und die Umwandlungseffizienz zu verbessern.

Beispielsweise werden in der japanischen Patentveröffentlichung H-6-5780 die Halbleiterschicht vom p-Typ und die Halbleiterschicht vom n-Typ des hydrierten amorphen Siliciums mit einem Excimer-Laser bestrahlt, wohingegen in der offengelegten japanischen Veröffentlichung S-63-133578 die Halbleiterschicht vom p-Typ und die Halbleiterschicht vom n-Typ des hydrierten amorphen Siliciums mit dem YAG-Laser zum Härten bestrahlt werden, wodurch die Halbleiterschicht vom p-Typ und die Halbleiterschicht vom n-Typ kristallisieren.

Jedoch sollte der Laser eine Energiestärke haben, die ausreichend ist, um das hydrierte amorphe Silicium, das direkt auf der Filmoberfläche bestrahlt wird, zu kristallisieren, wobei der a-Si:H-Film unter dem Druck von extrahiertem ausgefälltem Wasserstoff innerhalb des Films ausfließt, während Wasserstoff, der unter der Poly-Si-Schicht passiviert wird, ebenfalls extrahiert wird, um Filme schlechter optischer Eigenschaften mit einer großen Anzahl an baumelnden Bindungen zu erzeugen. 3 zeigt den Zustand des hydrierten amorphen Siliciumfilms vor und nach Bestrahlung des Excimer-Lasers (ELA) der zuvor erwähnten Intensität.

Es kann aus 3 ersehen werden, dass Wasserstoff innerhalb des hydrierten amorphen Siliciumfilms als Ergebnis der Laserbestrahlung ausgestoßen wird. Sollte Wasserstoff von innerhalb des Films ausgestoßen werden, wird der Film zerstört.

Insbesondere in einem Film, der bei geringeren Temperaturen hergestellt wird, gibt es viele Fälle, wo eine große Menge an Wasserstoff zwischen den Si-Netzwerken enthalten ist. Um eine Ablation, resultierend aus der plötzlichen Erwärmung, und resultierende Explosion von Wasserstoff zu vermeiden, ist der Vorgang einer sogenannten Wasserstoffextraktion durch Erhöhen der Temperatur auf etwa 400°C in einem Ofen erforderlich. 4 zeigt die Art und Weise, in der ein Film durch Bestrahlung mit einem Excimer-Laser (ELA) auf den Film, aus dem Wasserstoff wie oben beschrieben extrahiert wird, kristallisiert wird.

Im Allgemeinen beruht der Hauptdefekt des amorphen Halbleitermaterials, in dem den aufbauenden Atomen Regularität fehlt, in den baumelnden Bindungen der aufbauenden Atome, die nicht gebunden werden. Die baumelnde Bindungsdichte, die die Anzahl der baumelnden Bindungen pro Einheitsvolumen angibt, ist ein Maß des photovoltaischen Effekts, derart, dass, wenn die baumelnde Bindungsdichte hoch ist, der Lichtabsorptionskoeffizient größer wird. Wenn die Anzahl der baumelnden Bindungen des amorphen Siliciums zunimmt, wird die baumelnde Bindungsdichte natürlicherweise erhöht, mit der Folge, dass der Lichtabsorptionskoeffizient des hydrierten amorphen Siliciumfilms, der mit dem Laserlicht bestrahlt wird, ansteigt.

Sollte nur die Dotierungsschicht des hydrierten amorphen Siliciums durch Härten mittels Laserbestrahlung kristallisiert werden, ist es nicht möglich, eine Solarzelle vom p-i-n-Typ mit einem polykristallinen Dotierungsfilm höherer Qualität mit nur einer kleinen Anzahl baumelnder Bindungen zu bilden.

Offenbarung der Erfindung

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Energie- bzw. Lichtenergiekonversionsvorrichtung vom Dünnfilm-Typ mit einer hohen Umwandlungseffizienz bereitzustellen.

Die GB-A-2 030 766 offenbart eine Laserbehandlung einer Schicht aus amorphem Material, abgeschieden auf einem nicht-kristallinen amorphen Substrat, um die Eignung des Materials zur Verwendung in Solarzellen zu verbessern. Diese bezieht sich insbesondere auf ein Rekristallisieren oder Härten des amorphen Materials.

Die Patent Abstracts of Japan, Bd. 013, Nr. 078 (E-718), 22. Februar 1998 (1998-02-22), und JP 63 258 508078 A zeigen eine amorphe photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, umfassend eine erste Schicht vom n-Typ und eine zweite Schicht vom p-Typ und eine Schicht vom i-Typ, sandwichartig zwischen den beiden vorangehenden Schichten vorliegend. Kristallkörner sind im amorphen Material enthalten, das die Schicht vom p-Typ und die Schicht vom n-Typ aufbaut, worin der Durchmesser der Kristallkörner, die in den inneren Regionen hiervon enthalten sind, größer ist als entlang der Regionen, die die Grenzschichten mit der Schicht vom i-Typ bilden.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Energiekonversions- bzw. Lichtenergiekonversionsvorrichtung durch Bilden einer ersten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht auf einem Substrat, wobei die erste mit Verunreinigung dotierte Halbleiterschicht eine aus einem Wasserstoff-enthaltenden amorphen Halbleitermaterial besteht, Bilden einer optisch aktiven Schicht auf der ersten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht, wobei die optisch aktive Schicht aus einem Wasserstoff enthaltenden amorphen Halbleitermaterial besteht, Bilden einer zweiten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht auf der optisch aktiven Schicht, wobei die zweite mit Verunreinigung dotierte Halbleiterschicht aus einem amorphen Halbleitermaterial besteht, das mit einer zweiten Verunreinigung gemischt ist und das eine geringere Wasserstoffkonzentration aufweist als die optisch aktive Schicht, sowie Bestrahlen mit Laerlicht des Substrats nach Bilden der zweiten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht und Kristallisieren der zweiten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 veranschaulicht die Effizienz einer Solarzelle.

2 veranschaulicht ein Banddiagramm einer Solarzelle vom p-i-n-Typ.

3 veranschaulicht die Art und Weise, in der ein Film durch Wasserstoff bei Bestrahlung mit einem Excimer-Laser zerstört wird.

4 veranschaulicht die Art und Weise, in der ein Film durch Wasserstoff bei Bestrahlung mit einem Niedertemperatur-Excimer-Laser zerstört wird.

5 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der Struktur einer Solarzelle, die die vorliegende Erfindung verkörpert.

6 veranschaulicht ein erstes Solarzellen-Modell, verwendet in Simulationsberechnungen für die Umwandlungseffizienz.

7 veranschaulicht ein zweites Solarzellen-Modell, verwendet in Simulationsberechnungen für die Umwandlungseffizienz.

8 veranschaulicht ein drittes Solarzellen-Modell, verwendet in Simulationsberechnungen für die Umwandlungseffizienz.

9 ist eine Darstellung, die die Ergebnisse der Simulationsberechnungen für die Umwandlungseffizienz, die ein Solarzellen-Modell einsetzt, zeigt.

10 ist eine Darstellung, die die Ergebnisse der Messung der UV-Reflexion einer Solarzelle zeigt, die die vorliegende Erfindung verkörpert.

11 ist eine Darstellung, die die Ergebnisse der Messung der FTIR-Messung der in 10 gezeigten Solarzelle zeigt.

12 ist eine erste Querschnittsansicht der in 10 gezeigten Solarzelle, dargestellt als Bild durch ein TEM.

13 ist eine zweite Querschnittsansicht der in 10 gezeigten Solarzelle, dargestellt als Bild durch ein TEM.

14 zeigt die Ergebnisse der Messung durch SIMS der in 10 gezeigten Solarzelle.

15 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer spezifizierten Struktur der in 10 gezeigten Solarzelle.

16 ist eine erste Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer spezifizierten Struktur einer herkömmlichen Solarzelle.

17 ist eine zweite Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer spezifizierten Struktur einer herkömmlichen Solarzelle.

Beste Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung

Mit Bezug auf die Zeichnungen wird die beste Ausführungsform zur Durchführung der vorliegenden Erfindung im Einzelnen erläutert.

Eine Solarzelle 10 wird nachfolgend erläutert. Die Solarzelle 10 ist im Querschnitt in

5 gezeigt.

Die Solarzelle 10 enthält ein Kunststoffsubstrat 1. Unter den Materialien des Kunststoffsubstrats gibt es beispielsweise Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat oder Polycarbonate, Polyester, wie Polypropylen, Polyolefine, wie Polypropylen, Polyphenylensulfide, wie Polypropylensulfid, Polyamide, aromatische Polyamide, Polyetherketone, Polyimide, Acrylharze und PMMA. Insbesondere sind Kunststoffe für allgemeine Zwecke, wie Polyethylenterephthalat, Acetat, Polyphenylensulfide, Polycarbonate, Polyethersulfon, Polystyrol, Nylon, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Acrylsäureharze und PMMA bevorzugt. Wenn ein filmförmiges Kunststoffsubstrat verwendet wird, wird das Kunststoffmaterial im Hinblick auf die mechanische Stabilität und Festigkeit bevorzugt biaxial gestreckt.

Auf dem Kunststoffsubstrat 1 wird eine Elektrodenschicht 2 unter Verwendung einer Sputtervorrichtung gebildet. Die Elektrodenschicht 2 ist ein transparenter elektrisch leitender Film oder eine Metallelektrode.

Als transparenter elektrisch-leitender Film werden Oxide von hoher Transparenz und geringem Widerstand, wie ITO, Zinnoxid, Fluor-dotiertes Zinnoxid, Zinkoxid-Aluminiumoxid, verwendet. Wenn ITO verwendet wird, beträgt die Dotierungsmenge des Zinnoxids bevorzugt 2 bis 20 Gew.-%.

Die Metalle der Metallelektroden können beispielsweise Ag, Cr, Mo, Ta oder Al sein.

Zwischen der Elektrodenschicht 2 und dem Kunststoffsubstrat 1 wird bevorzugt eine Haftschicht 3 zum Verbessern der Haftung der Elektrodenschicht 2 und des Kunststoffsubstrats 1 aneinander vorgesehen. Als Kleber, der die Haftschicht 3 bildet, ist ein Acrylkleber, ein Kleber auf Siliconbasis oder ein Kleber auf EVA-Harz-Basis bevorzugt.

Die Elektrodenschicht 2 kann eine laminierte Struktur sein, aufgebaut aus transparenten elektrisch-leitenden Filmen und Metallelektroden, wie einer laminierten Struktur, aufgebaut aus ZnO/Al, ZnO/Ag, ZnO/Cr, ITO/Al, ITO/Ag oder ITO/Cr. Mit der Schichtstruktur der transparenten elektrisch-leitenden Filme und Metallelektroden verhindert die Elektrodenschicht 2 Metalldiffusion, um eine hohe elektrische Leitfähigkeit zu erreichen.

Auf der rückwärtigen Fläche des Kunststoffsubstrats 1, d.h. auf der Fläche des Kunststoffsubstrats 1, gegenüberliegend zur Oberfläche, die die Elektrodenschicht 2 trägt, kann eine rückwärtige Oberflächensperrschicht (nicht gezeigt) gebildet werden. Diese rückwärtige Oberflächensperrschicht ist dazu in der Lage, die Feuchtigkeitsabsorption des Kunststoffsubstrats 1 zu unterdrücken, und hierdurch zu verhindern, dass das Kunststoffsubstrat 1 deformiert wird, wenn die Solarzelle 10 Atmosphärendruck aus dem Vakuumgefäß der Sputtervorrichtung oder während des Herstellungsverfahrens der Solarzelle ausgesetzt wird. Diese rückwärtige Oberflächensperrschicht kann aus Siliciumoxid gebildet sein.

Eine Barriereschicht 4 kann ebenfalls zwischen dem Kunststoffsubstrat 1 und der Elektrodenschicht 2 gebildet werden. Ähnlich zur rückwärtigen Oberflächensperrschicht kann die Barriereschicht 4 aus Siliciumoxid gebildet werden. Die Barriereschicht 4 arbeitet in einem derartigen Fall als eine Schutzschicht.

Auf der oberen Fläche der Elektrodenschicht 2 werden voreingestellte Verunreinigungen dotiert, um die amorphen Filme auf Si-Basis zu bilden, wie einen a-Si:H-Film, einen a-Si1-xGex:H-Film, einen a-Ge:H-Film oder einen a-Si1-xCx:H-Film. Als die Filmbildungsvorrichtung wird eine Sputtervorrichtung verwendet. Bei der Filmbildung wird die Substrattemperatur auf nicht mehr als 200°C eingestellt, für die es für das Kunststoffsubstrat nicht wahrscheinlich ist, dass es beschädigt wird, bevorzugt auf nicht mehr als 150°C.

Der amorphe Film auf Si-Basis, abgeschieden auf der oberen Oberfläche der Elektrodenschicht 2, wird unter Verwendung eines Excimer-Lasers (ELA) polykristallisiert, um Mikrokristalle zu bilden, um eine Dotierungsschicht 5 aus beispielsweise Poly-Si, Poly-Si1-xGe1-x, Poly-Ge oder Poly-Si1-xCx zu bilden.

Als Excimer-Laser wird beispielsweise ein ArF-Excimer-Laser, ein XeF-Excimer-Laser, ein XeCl-Excimer-Laser oder ein KrF-Excimer-Laser verwendet. Die Bestrahlungsenergie und die Bestrahlungszeit des Excimer-Lasers werden so ausgewählt, dass die Temperatur des Kunststoffsubstrats bei 200°C oder weniger und bevorzugt bei 150°C oder weniger aufrechterhalten wird. Durch Einstellen der Energie des bestrahlenden Excimer-Lasers ist es möglich, einen Film zu bilden, der hinsichtlich der Dicke außerordentlich dünn ist, und der hinsichtlich der Dotierungseffizienz höher ist.

Es wurde sichergestellt, dass der Kristallisationsfaktor eines Films mit der Energie des bestrahlenden Excimer-Lasers variiert wird, derart, dass, wenn der Film nicht vollständig kristallisiert, sondern mikrokristallisiert wird, es eine Anzahl baumelnder Bindungen gibt, die im Film erzeugt werden, jedoch, wenn der hydrierte Film daraufhin gebildet wird, tritt Passivierung auf, so dass der Film in einen hydrierten mikrokristallisierten Film umgewandelt wird (japanische Patentanmeldung H-11-334978, hinterlegt am 25. November 1999 von Akio Machida, Gosign D.P., Takashi Noguchi und Setsuo Usui).

Dann wird ein amorpher Film 6, der ein a-Si:H-Film, ein a-Si1-xGex:H-Film, ein a-Ge:H-Film oder ein a-Si1-xCx:H-Film oder ein Schichtfilm hiervon ist, unter Verwendung einer PE-CVD-Vorrichtung oder einer Sputtervorrichtung gebildet. Wenn der Dotierungsfilm 5 einen niedrigen Kristallisationsfaktor aufweist, derart, dass der Dotierungsfilm 5 mikrokristallisiert ist, wird die amorphe Schicht 6 gleichzeitig, wenn der Dotierungsfilm 5 hydriert wird, gebildet.

Auf der oberen Oberfläche der amorphen Schicht 6 wird ein amorpher Film auf Si-Basis ohne Wasserstoff unter Verwendung einer Sputtervorrichtung gebildet.

Der amorphe Film auf Si-Basis, gebildet auf einer oberen Oberfläche der amorphen Schicht 6 wird unter Verwendung eines Excimer-Lasers kristallisiert, um eine Dotierungsschicht 7 zu bilden, wie Poly-Si, Poly-Si1-xGex, Poly-Ge oder Poly-Si1-xCx.

Durch Bilden der Dotierungsschicht 7 in einer derartigen Art und Weise, dass die Wasserstoffkonzentration der Dotierungsschicht 7 niedriger ist als diejenige der amorphen Schicht 6, oder in einer derartigen Art und Weise, dass der Wasserstoffgehalt Null ist, kann die Dotierungsschicht 7 ohne Schädigung durch den restlichen Wasserstoff gleichzeitig zur Kristallisation bei Bestrahlung mit dem Excimer-Laser gebildet werden.

Wie in 5 gezeigt, wird die Dotierungsschicht 7 als Folge der Bestrahlung mit dem Excimer-Laser global kristallisiert, so dass die Dotierungsschicht 7 eine polykristalline Schicht wird, in der die durchschnittliche Kristallgröße der Kristalle schrittweise in einer Richtung von der Oberfläche in Richtung des Kunststoffsubstrats 1 abnimmt.

Die polykristalline Schicht, die durch das Laserlicht kristallisiert wird, wird aufgrund der Passivierung mit dem restlichen Wasserstoff, der geringfügig aus der a-Si:H-Schicht der amorphen Schicht 6 extrahiert wird, gebildet. Somit weist die Dotierungsschicht 7 befriedigende optische Eigenschaften mit nur einer kleinen Zahl an baumelnden Bindungen auf.

Währenddessen ist es wohlbekannt, dass die Wasserstoffkonzentration im amorphen Siliciumfilm im Allgemeinen die Eigenschaften des amorphen Siliciumfilms signifikant beeinflusst (z.B. Paulo V. Santos und Warren B. Jackson; Physical Review B, 46, 1992, S. 4595), und dass ein amorpher Siliciumfilm mit befriedigenden Eigenschaften für eine Wasserstoffkonzentration von 1 bis 30% erhalten werden kann (5 × 1020 Atome/cm3 bis 1,5 × 1022 Atome/cm3) oder bevorzugt 5 bis 25% (2,5 × 1021 Atome/cm3 bis 1,25 × 1022 Atome/cm3) (siehe K. Zellama, L. Chahed, P. Sladek, M.L. Theye, J.H. von Baradeleben und P. Rocai Cabrrocas; Physical Review B, 53, 1996, S. 3804).

Wenn für eine Mikrokristallschicht mit einer Kristallgröße von 1 nm das Volumenaufnahmeverhältnis der Kristalle (Kristallisationsverhältnis) von Kristallen etwa 80% beträgt, beträgt die Dichte des kristallinen Siliciums 5 × 1022 (1/cm3), wobei von einer mikrokristallinen Schicht mit einer amorphen Domäne mit der Wasserstoffkonzentration von etwa 5% angenommen wird, dass sie in diesem Bereich liegt, und voreingestellte Berechnungen wurden durchgeführt, wobei theoretisch zu ersehen ist, dass, wenn die mikrokristalline Grenzfläche vollständig passiviert wird, und Wasserstoff mit der Wasserstoffkonzentration in der Größenordnung von 5% in der amorphen Domäne vorliegt, vorausgesetzt, dass Wasserstoff in der Größenordnung von 6,3 × 1020 (1/cm3) vorliegt. Wenn daher die Charakteristika der mikrokristallinen Domäne berücksichtigt werden, ist es erwünscht, dass die amorphe Schicht 6 Wasserstoff in der Größenordnung von mindestens 5 × 1020 Atome/cm3 enthält, sogar nach Bestrahlung mit dem Energiestrahl des Excimer-Lasers.

Daher muss die Wasserstoffkonzentration der Dotierungsschicht 7 geringer sein als diejenige in der amorphen Schicht 6, und wird daher auf 5 × 1020 Atome/cm3 oder weniger eingestellt.

Auf der oberen Oberfläche der Dotierungsschicht 7 wird eine Elektrodenschicht 8 gebildet, die ein transparenter elektrisch-leitender Film ist. Für den transparenten elektrisch-leitenden Film werden Oxide von hoher Transparenz und geringem elektrischen Widerstand, wie ITO, Zinnoxid, Fluor-dotiertes Zinnoxid, Zinkoxid-Aluminiumoxid, verwendet. Wenn ITO verwendet wird, ist die Dotierungsmenge von 2 bis 20 Gew.-% erwünscht.

In dieser Art und Weise wird die Solarzelle 10, bestehend aus einer Schichtstruktur, hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Dotierungsschicht 7 polykristallisiert, mit der Kristallkorngröße, die schrittweise von der Oberfläche der Dotierungsschicht 7 in Richtung des Kunststoffsubstrats 1 kleiner wird. Als diese Dotierungsschicht 7 können andere Halbleiterfilme auf Si-Basis, wie a-Si1-xOx, a-Si1-xNx, SiAl, SiGa, SiS oder SiSn, ebenfalls verwendet werden.

Mit der Solarzelle 10, die wie oben beschrieben hergestellt wird, kann ein kristalliner Film mit einer hohen Dotierungseffizienz ohne thermische Schädigung des Kunststoffsubstrats 1 erreicht werden. Das Ergebnis ist, dass, da die Dotierungsschichten 5 und 7 der Solarzelle 10 hohe elektrische Leitfähigkeit zeigen, das Fermi-Niveau zum Valenzband oder zum Leitungsband angenähert werden kann, jeweils mit der Dotierungsschicht der Halbleiterschicht vom p-Typ oder der Halbleiterschicht vom n-Typ, wodurch die Umwandlungseffizienz verbessert wird.

Andererseits kann mit dem Film, der mit dem Laser kristallisiert wird, ein derartiger Film mit einer hohen Dotierungseffizienz im Gegensatz zu dem Film erzeugt werden, der mit dem herkömmlichen Verfahren erhalten wird, bestehend aus der Überprüfung der Wasserstoffmenge zum Zeitpunkt der Filmbildung und Bilden des Films nur nach und nach, so dass es möglich ist, den Gradienten des Potentials aus der lichtaufnehmenden Oberfläche zur rückwärtigen Fläche mit einer Halbleiterschicht vom p-Typ und einer Halbleiterschicht vom n-Typ geringerer Dicke aufrechtzuerhalten, um die Kristallinität von SiC zu verbessern, das mit dem System aus dem Stand der Technik schwierig zu kristallisieren ist.

Die Tatsache, dass die Umwandlungseffizienz durch Herstellung der Solarzelle 10 verbessert werden kann, kann durch Simulationsberechnungen bestätigt werden.

Beispielsweise können die Simulationsberechnungen der Umwandlungseffizienz unter Verwendung eines Solarzellen-Modells, aufgebaut wie in den 6 bis 8 gezeigt, durchgeführt werden.

Das Solarzellen-Modell, das in 6 gezeigt ist, ist ein derartiges Modell mit einer Struktur aus p+a-Si:H/a-Si:H/n+a-Si:H, und das in seiner Gesamtheit durch einen amorphen Siliciumfilm gebildet wird.

Das Solarzellen-Modell, das in 7 gezeigt ist, ist ein derartiges Modell mit einer Struktur aus p+µc-Si:H/a-Si:H/n+µc-Si:H, und in dem die Halbleiterschichten vom p- und n-Typ als Dotierungsschichten mikrokristallisiert sind.

Das Solarzellen-Modell, das in 8 gezeigt ist, ist ein derartiges Modell mit einer Struktur aus p+µc-SiC:H/a-Si:H/n+µc-Si:H, und in dem die Halbleiterschichten vom p- und n-Typ als Dotierungsschichten mikrokristallsiert sind.

Bei Durchführung der Simulationsberechnungen wurde angenommen, dass das Sonnenlicht aus AM1.0 von der Halbleiterschicht vom p-Typ bestrahlt wurde, basierend auf dem Verfahren der Berechnungen von Nakamura et al. (Nakamura et al.; Proc. 4th EC PVSEC, Stresa, 10.-14. Mai 1982). Der Absorptionskoeffizient des mikrokristallisierten Films wurde basierend auf dem Absorptionskoeffizienten des kristallinen Siliciums berechnet.

9 zeigt die Ergebnisse von Simulationsberechnungen. Es kann aus 9 ersehen werden, dass die Umwandlungseffizienz Eff eines Solarzellen-Modells mit der Struktur p+a-Si:H/a-Si:H/n+a-Si:H 7,8% beträgt, während diejenige eines Solarzellen-Modells mit der Struktur p+µc-Si:H/a-Si:H/n+µc-Si:H 13,2% beträgt. Es kann somit ersehen werden, dass die Umwandlungseffizienz des Solarzellen-Modells, in dem die Halbleiterschichten vom p-Typ und n-Typ mikrokristallisiert sind, um einen Faktor von etwa 1,7 höher liegt als derjenige des Solarzellen-Modells, in dem die Halbleiterschichten vom p-Typ und n-Typ und die i-Schicht mikrokristallisiert sind.

Andererseits beträgt die Umwandlungseffizienz Eff des Solarzellen-Modells, in dem die Halbleiterschicht vom p-Typ aus SiC gebildet wird, und in der die Halbleiterschichten vom p-Typ und n-Typ mikrokristallisiert sind, 14,4%, was um einen Faktor von etwa 1,8 höher liegt als diejenige des Solarzellen-Modells, in dem die Halbleiterschichten vom p-Typ und n-Typ und die i-Schicht mikrokristallisiert sind.

Es sollte angemerkt werden, dass Nakamura et al. das obige für die Solarzelle mit der oben beschriebenen Heteroübergangs-Typ-Struktur durch dasselbe Berechnungsverfahren belegten, und dass die Umwandlungseffizienz durch Kombinieren der Solarzelle vom Hetero-Typ mit der Dotierungsschicht der vorliegenden Erfindung weiter verbessert werden kann.

Die kristallinen Eigenschaften und die Art und Weise der Kristallisation der Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10, genauso wie die Charakteristika der Solarzelle 10, können ohne weiteres im Detail aus 10 bestätigt werden, die die Beziehung zwischen der Kristallisationsgeschwindigkeit und der Oberflächenreflexion zeigt, wie gefunden durch die Messung der UV-Reflexionsmessung, die Licht von 200 nm einsetzt, und aus 11, die die gemessenen Ergebnisse der positiven FTIR-Reflexion zeigt.

Die Ergebnisse der in 10 gezeigten UV-Reflexion werden nachfolgend erläutert.

Die abnehmende Reflexion auf der Filmoberfläche durch UV-Reflexion gibt die abnehmende Lichtstreuung auf der Filmoberfläche an. Somit wird die Menge an übertragenem Licht deutlich durch Lichtstreuung gesenkt, die durch Bereitstellen der Dotierungsschicht 7 mit einer Elektrodenschicht 8, wie einem transparenten elektrisch-leitenden Film, hervorgebracht wird. Die Menge an Licht, die durch die Oberflächenschicht direkt übertragen wird, stellt die Menge an Licht dar, die in der Solarzelle 10 auf die i-Schicht gestrahlt wird, so dass, wenn die Reflexion auf der Dotierungsschicht 7 abnimmt, die Menge an Licht, die auf die i-Schicht strahlt, abnimmt, wodurch die Umwandlungseffizienz beeinflusst wird.

Die Ergebnisse der Messung aus 10 verdeutlichen das Folgende: Wenn das hochenergetische Laserlicht direkt auf a-Si:H gestrahlt wird, nimmt die Reflexion ab, woraus geschlossen werden kann, dass der Oberflächenfilm einer Ablation unterliegt. Wenn andererseits Laserlicht auf die Oberfläche der Struktur aus a-Si/a-Si:H, wie diejenige der Solarzelle 10, gestrahlt wird, wird die Reflexion verbessert, was angibt, dass die Kristallisation auf der Strukturoberfläche optimal ist.

Die Ergebnisse der Messung des FTIR in 11 werden nachfolgend erläutert.

Da der Zustand der Si-H-Bindung, wie durch FTIR gemessen, mit der Photoleitfähigkeit und Dunkelleitfähigkeit der i-Schicht in engem Zusammenhang steht (siehe z.B. M. Sumiya, M. Kawasaki, H. Koinuma; Proceedings of the 10th symposium on plasma proceeding, Osaka, I-2, 1992), können die Charakteristika der Solarzelle 10 durch Messen des Zustands der Si-H-Bindung überprüft werden.

11 zeigt den Übergang der Peakgröße im Fall der Si-H-Bindung, die im ganzen Film vorliegt, wie gemessen durch das FTIR-Verfahren vom positiven Reflexions-Typ, d.h. der Übergang der Größe der Si-H-Bindung, die im Film vorliegt.

In 11 bezeichnet ein Auftrag an einer Stelle, bezeichnet als „as depo", den Wert des Peaks der Si-H-Bindung eines a-Si-Films, gebildet auf einem a-Si:H-Film mit 600 nm Dicke, durch eine Sputtervorrichtung mit einer Dicke von etwa 60 nm

und diejenige eines a-Si:H-Films (&Dgr;) mit einer Dicke von 600 nm. 11 zeigt den Umfang der Verschiebung einer Peakgröße der Si-H-Bindung nach Laserbestrahlung im Falle, dass diese Werte auf die Einheit (l) normalisiert werden.

Mit Bezug auf 11 wird die Oberfläche von a-Si/a-Si:H, die eine Struktur darstellt, die zur Solarzelle 10 gehört, oder die Dotierungsschicht 7 in der Solarzelle 10, mit einem Excimer-Laser gehärtet, wobei die Si-H-Peaks, die erforderlich sind, um hohe photoelektrische Charakteristika zu zeigen, vergrößert werden, wodurch die verbesserte Filmqualität belegt wird, ohne die Filmqualität zu beeinträchtigen.

Umgekehrt sollte der Excimer-Laser a-Si:H, enthaltend eine große Menge an Wasserstoff in der Dotierungsschicht, als eine Struktur, die zu einer herkömmlichen Solarzelle gehört, die sich von der Solarzelle 10 unterscheidet, bestrahlt werden, wobei der Zerstörungsprozess der Si-H-Bindung erkannt werden kann, wodurch angegeben wird, dass der Film, der gebildet wird, hinsichtlich der Charakteristika schlecht ist. Wenn die Photoleitfähigkeit zu diesem Zeitpunkt überprüft wird, ist die Dunkelleitfähigkeit, die die Leitfähigkeit darstellt, wenn kein Licht auf die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung gestrahlt wird, in der Größenordnung von 1 × 10–7 S/cm, während die Photoleitfähigkeit als die Leitfähigkeit, wenn Licht auf die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung gestrahlt wird, in der Größenordnung von 1 × 10–5 S/cm liegt, was angibt, dass der Unterschied zwischen der Dunkelleitfähigkeit und der Photoleitfähigkeit bei einem außerordentlich kleinen Wert, entsprechend zwei Größenordnungen, beträgt. Wenn der Unterschied der Dunkelleitfähigkeit und Photoleitfähigkeit groß ist, wird der Effekt auf die Lichtstrahlung der Solarzelle erhöht, so dass in diesem Fall gesehen werden kann, dass die Effizienz der Solarzelle deutlich abgesenkt wird.

Die Bindungsdichte des Si-H der polykristallisierten Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10 wird mit Bezug auf 11 berechnet.

Wenn auf einem oberen Teil des a-Si:H-Films entsprechend der amorphen Schicht 6 der Solarzelle 10 ein a-Si, entsprechend der Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10, mit einer Dicke von etwa 60 nm gebildet wird, und überschüssiger Wasserstoff im a-Si:H-Film nach Laserbestrahlung der oberen a-Si-Schicht adsorbiert wird, kann die Gesamtzunahme der Si-H-Bindung angesehen werden als eine zunehmende Anzahl an Si-H-Bindung im a-Si-Film, entsprechend der Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10, die mit einer Dicke von etwa 60 nm gebildet wurde.

Die Dichte der Si-H-Bindung, berechnet aus der Peakfläche des Si-H-Peaks, wie gemessen aus der Brodsky-Gleichung und dem FTIR, beträgt etwa 7,9 × 1021 (Atome/cm3) bei „as depo" während diese 8,2 × 1021 (Atome/cm3), 8,6 × 1021 (Atome/cm3) und 8,4 × 1021 (Atome/cm3) im Falle der Bestrahlung mit der Laserenergie von 185 mJ/cm2, 250 mJ/cm2 bzw. 310 mJ/cm2 beträgt.

Somit beträgt die Bindungsdichte von Si-H im gesputterten Schichtbereich der Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10 nach Kristallisation durch Laserbestrahlung etwa 3,3 × 1021 (Atome/cm3), etwa 7,7 × 1021 (Atome/cm3) und etwa 5,5 × 1021 (Atome/cm3) für die Bestrahlung von 185 mJ/cm2, 250 mJ/cm2 bzw. 310 mJ/cm2.

12 zeigt ein Photo durch TEM aus polykristalliner(mikrokristalliner)/amorpher/polykristalliner Struktur, hergestellt durch Abscheiden eines a-Si, entsprechend der Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10 durch die Sputtervorrichtung auf dem a-Si:H-Film mit 600 nm Dicke, entsprechend der amorphen Schicht 6 der Solarzelle 10 und durch Bestrahlen mit dem Excimer-Laser. Wenn das Laserlicht mit einer stärkeren Energie von etwa 310 mJ/cm2 bestrahlt wird, wird ein polykristalliner Bereich von etwa 30 nm auf der Oberfläche hergestellt, wobei das Kristallkorn von der Oberfläche zur Substratseite kleiner wird. Wenn die Bestrahlungsenergie abnimmt, nimmt natürlicherweise die Größe der Oberflächenkristalle ab.

Zum Überprüfen des Werts der Dotierungseffizienz der Dotierungsschicht 7 der Solarzelle 10 wird PH3-Plasma auf die a-Si-Filmoberfläche mit 40 nm Dicke geführt, gesputtert auf dem a-Si:H-Film, mit 600 nm Dicke, entsprechend der amorphen Schicht 6 der Solarzelle 10, um Phosphor zu adsorbieren, wonach mit dem Excimer-Laser bestrahlt wird, um die Dotierungsschicht 7 als polykristalline Schicht, dotiert mit Phosphor, herzustellen.

13 zeigt die Ergebnisse der Strukturbeobachtung durch TEM bei Phosphor-Dotierung. Diese Ergebnisse geben an, dass die durchschnittliche Kristallgröße der obersten Oberfläche etwa 30 nm beträgt, und dass die Kristallgröße bei durchschnittlicher Kristallkorngröße des gesamten Films entlang der Dickenrichtung mit etwa 10 nm angesehen werden kann.

14 zeigt die gemessenen Ergebnisse der Phosphorkonzentration durch SIMS des a-Si-Films, dotiert mit Phosphor. Die Ergebnisse durch SIMS, gezeigt in 14, geben an, dass der Phosphor mit etwa 1,5 × 1020 Atome/cm–3 in den a-Si-Film dotiert wird. Die Ergebnisse der Messung der positiven Löcher im a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, geben an, dass sich die Trägerdichte auf 1,5 × 1020 cm–3 beläuft.

Da angenommen werden kann, dass im wesentlichen die Gesamtheit des Phosphors, die in den a-Si-Film dotiert wird, zu den Trägern des a-Si-Films beiträgt, ist zu ersehen, dass eine Dotierungseffizienz des a-Si-Films in seiner Gesamtheit von fast gleich 100% erreicht wurde. Andererseits zeigt ein Vergleich der beobachteten Ergebnisse der Struktur durch TEM, die in 13 gezeigt sind, gegenüber den gemessenen Ergebnissen der Phosphorkonzentration durch SIMS, gezeigt in 14, dass die Dotierungseffizienz für den Film der durchschnittlichen Kristallkorngröße von etwa 10 nm in Richtung der Tiefe, d.h. in der Schichtrichtung, des a-Si-Films etwa 100% beträgt.

Es kann aus Obigem ersehen werden, dass es, da die Solarzelle 10, die die vorliegende Erfindung verkörpert, die hochkristalline Dotierungsschicht 7 umfasst, und die Dotierungseffizienz der Dotierungsschicht 7 so hoch ist, möglich ist, die Umwandlungseffizienz zu verbessern.

Da die Solarzelle 10 aus der p-i-n-Struktur ist und die i-Schicht der amorphe Dünnfilm auf Silicium-Basis ist, ist der optische Absorptionskoeffizient der i-Schicht höher, derart, dass die Dicke der i-Schicht, die zur photoelektrischen Umwandlung notwendig ist, ein Hundertstel derjenigen im Falle der Solarzelle auf kristalliner Silicium-Basis ist.

Da das Kunststoffsubstrat 1 darüber hinaus als Substrat in der Solarzelle 10 verwendet wird, kann die Solarzelle in einer optischen Form bei geringerer Temperatur geformt werden, so dass es gut in Masse hergestellt werden kann und die Bearbeitungskosten reduziert werden. Da die Solarzelle 10 den amorphen Dünnfilm verwendet, können die Herstellungskosten weiter gesenkt werden, verglichen mit denjenigen der Hauptmasse der Solarzellen, wie Einkristall- und polykristalline Solarzelle.

Beispiel

Zur weiteren Verdeutlichung des Effekts der vorliegenden Erfindung werden Erläuterungen durch mehrere Beispiele für die spezifische Herstellung der Solarzelle 10 und Vergleichsbeispiele zur Herstellung der Solarzelle 10, kristallisiert mit einer höheren Wasserstoffkonzentration der Dotierungsschicht, und zur Herstellung der Solarzelle mit einer amorphen Dotierungsschicht angeführt.

Das Beispiel ist eine Solarzelle 10 mit der Dotierungsschicht 7 und der amorphen Schicht 6 der µc-Si:H/a-Si:H-Struktur, während die Vergleichsbeispiele die Solarbatterien 10 darstellen, worin die Dotierungsschicht 7 und die amorphe Schicht 6 von der a-Si:H/a-Si-H-Struktur sind.

15 zeigt schematisch die Solarzelle 10, hergestellt durch eine Technik, erläutert im Zusammenhang mit den nachfolgenden Beispielen 1 bis 13. Diese Beispiele werden nun anhand von 15 erläutert.

Beispiel 1

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das eine Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf einem Substrathalter einer Sputtervorrichtung platziert, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben. Die Sputtervorrichtung 2 wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert, während die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt wurde.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 14 und die ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als die Elektrode bzw. als der reflektierende Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Dann wurde mit einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, gleichstromgesputtert, um einen a-Si-Film von 5 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.

Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 200 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Achsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmzerstörung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, unterdrückt wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom n-Typ.

Dann ließ man auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und sobald die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt wurde, wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit 600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optische Schicht der Solarzelle 10.

Auf dieser a-Si-H-Schicht 17 ließ man 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, und sobald die Sputtervorrichtung auf den Druck bei Entladung von 200 mTorr eingestellt war, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C war, wurde ein Plasma mit einer Leistung von 200 W erzeugt, um einen a-Si:H-Film von 5 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.

Dann ließ man 30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr war, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C betrug. Ein Plasma wurde bei der Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat, dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Bor-dotierten a-Si-Film von 10 nm zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben beschrieben, wurde ein XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 250 mJ/cm2 beim Maximum mit einem Linienstrahl bestrahlt, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Da hier die Schicht mit Bor dotiert wurde, fungiert diese als Halbleiter vom p-Typ.

Ein ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung des PET-Substrats 11 graduell verkleinert wird.

Beispiel 2

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und wird so eingestellt, dass die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C beträgt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens später eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 14 und die ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Dann wurde bei einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, gleichstromgesputtert, um einen a-Si-Film von 5 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.

Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 200 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, unterdrückt wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom p-Typ.

Dann lässt man auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und sobald die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt war, wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit 600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Auf dieser a-Si-H-Schicht 17 ließ man 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 PH3(1%)/H2 fließen, und sobald die Sputtervorrichtung auf einen Druck bei Entladung von 200 mTorr eingestellt war, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C war, wurde ein Plasma bei einer Energie von niedriger als 200 W erzeugt, um einen a-Si:H-Film von 5 nm, dotiert mit Phosphor, zu erzeugen.

Dann ließ man 30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr betrug, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 betrug 120°C. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Phosphordotierten a-Si-Film von 10 nm zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben beschrieben, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 250 mJ/cm2 beim Maximum mit einem Linienstrahl bestrahlt, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde zu einer oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Da hier die Schicht mit Phosphor dotiert ist, dient diese als Halbleiter vom n-Typ

Ein ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche der Schicht in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

Beispiel 3

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und wird so eingestellt, dass Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C beträgt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 14 und eine ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Dann wurde bei einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein Targetsubstrat, dotiert mit Bor, gleichstromgesputtert, um einen a-Si-Film von 5 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.

Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, unterdrückt wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Bor, als die Halbleiterschicht vom p-Typ.

Dann wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine nicht-dotierte a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) mit einer Dicke von 600 nm bei einer Oberflächentemperatur von 120°C auf dem PET-Substrat 11 gebildet. Das Flussverhältnis von GeH4(10%)/H2 zu SiH4(10%)/H2 wurde allmählich von Beginn der Erzeugung des Films geändert, so dass die Filmzusammensetzung derart ist, dass der Anteil von x in der a-SixGe1-x:H-Schicht 17 sich von der Seite des PET-Substrats 11 erhöht, wobei der Fluss von GeH4(10%)/H2 ab einem Mittelstadium unterbrochen wird. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Auf dieser a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) ließ man 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 PH3(1%)/H2 fließen, und sobald die Sputtervorrichtung auf einen Druck bei Entladung von 200 mTorr eingestellt war, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C betrug, wurde ein Plasma mit einer Leistung von 20 W erzeugt, um einen a-Si:H-Film von 5 nm, dotiert mit Phosphor, zu erzeugen.

Dann ließ man 30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr betrug, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 betrug 120°C. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat, dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Bor-dotierten a-Si-Film von 10 nm zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben beschrieben, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 250 mJ/cm2 beim Maximum mit einem Linienstrahl bestrahlt, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde zu einer oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Da hier die Schicht mit Bor dotiert ist, dient diese als Halbleiter vom n-Typ.

Ein ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristalisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

Beispiel 4

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und wird so eingestellt, dass Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C beträgt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Die Al-Schicht 14 und die ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Dann wurde bei einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein Targetsubstrat, dotiert mit Bor, gleichstromgesputtert, um einen a-Si-Film von 5 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.

Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 200 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom n-Typ.

Dann wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) bei einer Oberflächentemperatur von 120°C des PET-Substrats 11, in nicht-dotierter Form mit 600 nm gebildet. Das Flussverhältnis von GeH4(10%)/H2 zu SiH4(10%)/H2 wurde allmällich von Beginn der Erzeugung des Films geändert, so dass die Filmzusammensetzung derart ist, dass der Anteil von x in der a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) von der Seite des PET-Substrats 11 zunimmt, wobei der Fluss von GeH4(10%)/H2 ab einem Mittelstadium unterbrochen wird. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Auf dieser a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) ließ man 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, und sobald die Sputtervorrichtung auf den Druck bei Entladung von 200 mTorr eingestellt war, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C betrug, wurde ein Plasma mit einer Leistung von 20 W erzeugt, um einen a-Si:H-Film von 5 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.

Dann ließ man 30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr betrug, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 betrug 120°C. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat, dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Bor-dotierten a-Si-Film von 10 nm zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben beschrieben, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 250 mJ/cm2 mit einem Linienstrahl bestrahlt, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde zu einer oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Da hier die Schicht mit Bor dotiert ist, dient diese als Halbleiter vom p-Typ.

Ein ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

Beispiel 5

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–5 Torr evakuiert und wird so eingestellt, dass die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C beträgt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 14 und die ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Dann wurde bei einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein Targetsubstrat, dotiert mit Bor, gleichstromgesputtert, um einen a-Si-Film von 10 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.

Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Bor, als die Halbleiterschicht vom p-Typ.

Dann lässt man auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt waren, wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit 600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Dann ließ man 30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr betrug, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 betrug 120°C. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat, dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Bor-dotierten a-Si-Film von 10 nm zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben beschrieben, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 250 mJ/cm2 mit einem Linienstrahl bestrahlt, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde zu einer oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Da hier die µc-Si:H-Schicht mit Phosphor dotiert ist, dient diese als Halbleiter vom n-Typ.

Ein ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche der Schicht in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

Beispiel 6

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und wird so eingestellt, dass die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C beträgt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 14 zu bilden. Eine ITO-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 14 und die ITO-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Dann wurde bei einer Leistung von 1000 W ein Plasma erzeugt, und ein Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, gleichstromgesputtert, um einen a-Si-Film von 10 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.

Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom n-Typ.

Dann lässt man auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt waren, wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit 600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Dann ließ man 30 scm3 Ar fließen, und die Sputtervorrichtung wurde so eingestellt, dass der Druck bei Entladung 3 mTorr betrug, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 betrug 120°C. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W erzeugt und das Targetsubstrat, dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um einen Bor-dotierten a-Si-Fflm von 10 nm zu bilden. Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 16, wie oben beschrieben, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 250 mJ/cm2 mit einem Linienstrahl bestrahlt, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden. Diese µc-Si:H-Schicht 18 wurde zu einer oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Da hier die Schicht mit Bor dotiert ist, dient diese als Halbleiter vom p-Typ.

Ein ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

Beispiel 7

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und wird so eingestellt, dass die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 120°C beträgt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann durch Reaktivsputtern mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 14 und die ZnO;Al-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Die Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert, wobei die Oberfläche hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, die nach oben gerichtet ist, und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, wurde gleichstromgesputtert, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.

Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom n-Typ.

Dann lässt man auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und sobald die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt war, wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit 600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Auf einer oberen Oberfläche der nicht-dotierten a-Si:H-Schicht 17 wurde ein a-Si-Film mit 30 nm unter Verwendung eines Targets, dotiert mit Bor, durch ein Sputterverfahren gebildet.

Auf diesem a-Si-H-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um diesen einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Mit einem XeCl-Excimer-Laser wurde mit einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die a-Si-Schicht, dotiert mit Bor, als Halbleiter vom p-Typ.

Ein ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, und eine Al-Stromkollektorelektrode 20 wurde durch Abheben unter Verwendung eines Resists gebildet.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

Beispiel 8

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde ein SiO2-Film mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 14 und die ZnO;Al-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Die Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert, wobei die Oberfläche hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist, und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.

Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Bor, als die Halbleiterschicht vom p-Typ.

Dann lässt man auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt waren, wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit 600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch aktove Schicht der Solarzelle 10.

Auf einer oberen Oberfläche der nicht-dotierten a-Si:H-Schicht 17 wurde ein a-Si-Film mit 30 nm unter Verwendung eines Targets, dotiert mit Phosphor, durch ein Sputterverfahren gebildet.

Auf diesem a-Si-H-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 PH3(1%)/H2 fließen, um dieses einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Mit einem XeCl-Excimer-Laser wurde mit einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die a-Si-Schicht, dotiert mit Bor, als Halbleiter vom n-Typ.

Ein ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, und eine Al-Stromkollektorelektrode 20 wurde durch Abheben unter Verwendung eines Resists gebildet.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

Beispiel 9

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde ein SiO2-Film mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 14 und die ZnO;Al-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Die Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert, wobei die Oberfläche hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist, und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, wurde gleichstromgesputtert, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.

Auf diesem a-Si-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 PH3(1%)/H2 zum Aussetzen einem Plasma, erzeugt bei 20 W, fließen. Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom n-Typ.

Dann lässt man auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und sobald die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt war, wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 17 mit 600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 17 wurde eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Auf einer oberen Oberfläche der nicht-dotierten a-Si:H-Schicht 17 wurde ein a-Si-Film mit 30 nm unter Verwendung eines Targets, dotiert mit Bor, durch ein Sputterverfahren gebildet.

Auf diesem a-Si-H-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um diesen einem Plasma, erzeugt bei 20 W, auszusetzen. Mit einem XeCl-Excimer-Laser wurde mit einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die a-Si-Schicht, dotiert mit Bor, als Halbleiter vom p-Typ.

Ein ITO-Target wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

Beispiel 10

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und wird so eingestellt, dass Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde ein SiO2-Film mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 14 und die ZnO;Al-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Die Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert, wobei die Oberfläche hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist, und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, wurde gleichstromgesputtert, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.

Auf diesem a-Si-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 PH3(1%)/H2 fließen, um einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser mit einem Maximum von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um Kristallisation und gleichzeitig Dotierung zu bewirken, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird (minimiert wird). Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der Poly-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom n-Typ.

Dann wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine nicht-dotierte a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) mit 600 nm bei einer Oberflächentemperatur von 120°C des PET-Substrats 11 gebildet. Das Fließverhältnis von GeH4(10%)/H2 zu SiH4(10%)/H2 wurde allmählich von Beginn der Erzeugung des Films geändert, so dass die Filmzusammensetzung derart ist, dass der Anteil von x in der a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) von der Seite des PET-Substrats 11 zunimmt, wobei der Fluss von GeH4(10%)/H2, ab einem Mittelstadium unterbrochen wird, um den a-Si:H(x = 1)-Film zu bilden. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Auf der oberen Oberfläche der nicht-dotierten a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wurde ein a-Si-Film mit 30 nm unter Verwendung eines Targets, dotiert mit Bor, durch ein Sputterverfahren gebildet.

Auf diesem a-Si-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um dieses einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Es wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser in einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um die Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die µc-Si:H-Schicht 18, dotiert mit Bor, als Halbleiter vom p-Typ.

Ein ITO-Target-Film wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

Beispiel 11

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde SiO2 mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 14 und die ZnO;Al-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Die Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert, wobei die Oberfläche hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist, und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Phosphor, wurde gleichstromgesputtert, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.

Auf diesem a-Si-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 PH3(1%)/H2 fließen, um einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser bis zu einem Maximum von 3000 mJ/cm2 bestrahlt, um Kristallisation und gleichzeitige Dotierung zu bewirken, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert die Poly-Si-Schicht, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom n-Typ.

Dann wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine nicht-dotierte a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) mit einer Dicke von 600 nm bei einer Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 von 120°C gebildet. Das Fließverhältnis von GeH4(10%)/H2 zu SiH4(10%)/H2 wurde allmählich von Beginn der Erzeugung des Films geändert, so dass die Filmzusammensetzung derart ist, dass der Anteil von x in der a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) sich von der Seite des PET-Substrats 11 zunimmt, wobei der Fluss von GeH4(10%)/H2, ab einem Mittelstadium unterbrochen wird, um den a-Si:H(x = 1)-Film zu bilden. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Auf einer oberen Oberfläche der nicht-dotierten a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wurde ein a-SixC1-x-Film mit 30 nm unter Verwendung eines SixC1-x-Targets, dotiert mit Bor, durch ein Sputterverfahren gebildet.

Auf diesem a-SixC1-x-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um diesen einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Mit einem XeCl-Excimer-Laser wurde mit einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die µc-Si:H-Schicht 18, dotiert mit Bor, als Halbleiter vom p-Typ.

Ein ITO-Target-Film wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche der Schicht in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

Beispiel 12

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde ein SiO2-Film mit 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird.

Dann wird unter Verwendung eines Zn;Al-Targets eine ZnO;Al-Schicht 15 mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese ZnO;Al-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Die Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert, wobei die Oberfläche hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist, und auf etwa 10–6 Torr unter Verwendung einer Vakuumpumpe evakuiert. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W gebildet, und das Targetsubstrat, dotiert mit Bor, wurde gleichstromgesputtert, um ein a-SixC1-x-Film mit 10 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.

Auf diesem a-SixC1-x:H-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Mit einem XeCl-Excimer-Laser wurde in einem Linienstrahl von 300 mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um Kristallisation und gleichzeitig Dotieren durchzuführen, um eine Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Bor, als die Halbleiterschicht vom p-Typ.

Dann wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine nicht-dotierte a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) mit 600 nm bei einer Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 von 120°C gebildet. Das Flussverhältnis von GeH4(10%)/H2 zu SiH4(10%)/H2 wurde allmählich von Beginn der Erzeugung des Films geändert, so dass die Filmzusammensetzung derart ist, dass sich der Anteil von x in der a-SixGe1-x:H (0 < x ≤ 1) Schicht 17 von der Seite des PET-Substrats 11 verringert. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Auf einer oberen Oberfläche der nicht-dotierten a-Si:H-Schicht 17 wurde ein a-Si-Film mit 30 nm unter Verwendung eines Targets, dotiert mit Phosphor, durch ein Sputterverfahren gebildet.

Auf diesem a-Si-H-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 PH3(1%)/H2 zum Aussetzen einem Plasma, erzeugt bei 20 W, fließen. Mit einem XeCl-Excimer-Laser wurde in einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die µc-Si:H-Schicht, dotiert mit Phosphor, als Halbleiter vom n-Typ.

Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, und eine Al-Stromkollektorelektrode 20 wird durch Abheben unter Verwendung eines Resists gebildet. Diese Al-Stromkollektorelektrode 20 dient als Umkehroberflächenelektrode und gleichzeitig als die Umkehroberflächen-reflektierende Oberfläche.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße sich von der Oberfläche des PET-Substrats 11 fortschreitend verringert.

Beispiel 13

Zuerst wird ein PET-Substrat 11, das die Acrylharzschicht 12 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 12 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wurde durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 12 wurde ein SiO2-Film mit einer Dicke von 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 13 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Ag mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Ag-Schicht 14 zu bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 15 wird dann mit einer Dicke von 50 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 14 und die ZnO;Al-Schicht 15 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Die Elektrode wurde auf dem Substrathalter der Sputtervorrichtung platziert, wobei die Oberfläche hiervon, die diese ZnO;Al-Schicht 15 trägt, nach oben gerichtet ist, und auf etwa 10–7 Torr unter Verwendung einer Vakuumpumpe evakuiert. Dann lässt man 50 scm3SiH4(10%)/H2 und 10 scm3 PH3(1%)/H2 fließen, um ein Plasma bei 20 W zu erzeugen, um ein a-Si-Substrat mit 10 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.

Das Substrat, das nun den a-Si-Film trägt, wird im Vakuum zu einer Sputterkammer transportiert, und ein a-SixGe1-x-Targetsubstrat wurde gleichstromgesputtert, um einen a-SixGe1-x-Film mit 30 nm Dicke zu bilden. Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser bis zu einem Maximum von 250 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 16 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristatlisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird (minimiert wird). Diese Poly-Si-Schicht 16 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der a-Si-Film, dotiert mit Phosphor, als die Halbleiterschicht vom n-Typ.

Dann wurde auf der Poly-Si-Schicht 16 eine nicht-dotierte a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) mit 600 nm bei einer Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 von 120°C gebildet. Das Flussverhältnis von GeH4(10%)/H2 zu SiH4(10%)/H2 wurde allmählich von Beginn der Erzeugung des Films geändert, so dass die Filmzusammensetzung derart ist, dass der Anteil von x in der a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) sich von der Seite des PET-Substrats 11 erhöht, wobei der Fluss von GeH4(10%)/H2 ab einem Mittelstadium unterbrochen wird. Diese a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wird eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 10.

Auf einer oberen Oberfläche einer nicht-dotierten a-SixGe1-x:H-Schicht 17 (0 < x ≤ 1) wurde ein a-SixC1-x-Film mit 30 nm unter Verwendung eines SixC1-x-Targets, dotiert mit Bor, durch ein Sputterverfahren gebildet.

Auf diesem a-SixC1-x-Film ließ man 50 scm3 H2 und 10 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, um diesen einem Plasma, erzeugt bei 20 W, für 3 Minuten auszusetzen. Mit einem XeCl-Excimer-Laser wurde mit einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um Kristallisation durchzuführen und gleichzeitig zu dotieren, um eine µc-Si:H-Schicht 18 zu bilden, wobei die Schicht 18 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10 wird. Hier fungiert die µc-Si:H-Schicht 18, dotiert mit Bor, als Halbleiter vom p-Typ.

Ein ITO-Target-Film wird dann mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, um eine Al-Stromkollektorelektrode 20 durch Abheben unter Verwendung eines Resists zu bilden.

Während dessen wird die µc-Si:H-Schicht 18 kristallisiert, wobei die Kristallkorngröße von der Oberfläche in Richtung des PET-Substrats 11 allmählich kleiner wird.

16 zeigt schematisch eine Solarzelle 30, hergestellt durch eine Technik, die im nachfolgenden Vergleichsbeispiel 1 gezeigt ist.

Vergleichsbeispiel 1

Zuerst wird ein PET-Substrat 31, das die Acrylharzschicht 32 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 32 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wurde durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 auf 120°C eingestellt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 32 wurde ein SiO2-Film mit 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 33 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 34 zu bilden. Eine ITO-Schicht 35 wird dann mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Al-Schicht 34 und die ITO-Schicht 35 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 1000 W für Gleichstrom-Sputtern des Targetsubstrats, dotiert mit Phosphor, erzeugt, um einen a-Si-Film von 5 nm, dotiert mit Bor, zu bilden.

Der gebildete Film wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser bis zu einem Maximum von 300 mJ/cm2 bestrahlt, um eine kristallisierte Poly-Si-Schicht 36 zu bilden.

Der Linienstrahl, der zu diesem Zeitpunkt verwendet wird, hat einen Energiegradienten, derart, dass die Energieintensität sich von einem Ende der kurzen Strahlachsenrichtung graduell erhöht. Durch graduelles Abtasten des Films von der Niederenergie-Seite wird der Film kristallisiert, wobei eine Filmschädigung aufgrund der Emission von Ar, das geringfügig im Film abgefangen wird, minimiert wird. Diese Poly-Si-Schicht 36 wird eine untere Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 10. Hier fungiert der Poly-Si-Film, dotiert mit Bor, als die Halbleiterschicht vom p-Typ.

Dann lässt man auf der Poly-Si-Schicht 16 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, und sobald der Druck bei Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und sobald die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 31 auf 120°C eingestellt war, wurde eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 37 mit 600 nm gebildet. Diese a-Si-H-Schicht 37 wurde eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 30.

Auf dieser nicht-dotierten a-Si:H-Schicht 37 ließ man 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 PH3(1%)/H2 fließen, und die Sputtervorrichtung wurde so eingestellt, dass der Druck bei der Entladung und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 31 200 m Torr bzw. 120°C waren. Das Plasma wurde bei einer Leistung von 20 W erzeugt, um einen a-Si:H-Film mit 15 nm, dotiert mit Phosphor, zu bilden.

Beim Bilden der Poly-Si-Schicht 36, die oben beschrieben ist, wurde mit einem XeCl-Excimer-Laser in einem Linienstrahl von 250 mJ/cm2 beim Maximum bestrahlt, um Kristallisation und gleichzeitig Dotierung durchzuführen, um eine µc-Si:H-Schicht 38 zu bilden, wobei die Schicht 38 später eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 30 wird. Hier fungiert die a-Si-Schicht, dotiert mit Phosphor, als ein Halbleiter vom n-Typ.

Dann wird ein ITO-Target-Film mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 19 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, und eine Al-Stromkollektorelektrode 40 wurde durch Abheben unter Verwendung eines Resists gebildet.

17 zeigt schematisch eine Solarzelle 50, hergestellt durch eine Technik, die im nachfolgenden Vergleichsbeispiel 2 gezeigt ist.

Vergleichsbeispiel 2

Zuerst wird ein PET-Substrat 51, das die Acrylharzschicht 52 trägt, die darauf hartbeschichtet wurde, gespült und auf den Substrathalter der Sputtervorrichtung gelegt, mit der Acrylharzschicht 52 nach oben gerichtet. Die Sputtervorrichtung wird durch eine Vakuumpumpe auf 10–6 Torr evakuiert und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 51 auf 120°C eingestellt.

Auf der oberen Oberfläche der Acrylharzschicht 52 wurde ein SiO2-Film mit 300 nm durch Reaktivsputtern gebildet, um eine SiO2-Schicht 53 zu bilden, die später im Laufe des nachfolgenden Wärmebehandlungsverfahrens eine thermische Pufferschicht wird. Dann wird durch Gleichstrom-Sputtern Al mit einer Dicke von 200 nm gebildet, um eine Al-Schicht 54 zu bilden. Eine ZnO;Al-Schicht 55 wird dann unter Verwendung eines Zn;Al-Targets durch Reaktivsputtern mit einer Dicke von 50 nm gebildet, um eine Elektrode zu bilden. Diese Ag-Schicht 54 und die ZnO;Al-Schicht 55 werden gebildet, um als Elektrode bzw. als reflektierender Film auf der rückwärtigen Oberfläche zu dienen.

Auf dieser ZnO;Al-Schicht 55 lässt man 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 PH3(1%)/H2 fließen, und eine Sputtervorrichtung wurde so eingestellt, dass der Entladungsdruck und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 200 mTorr bzw. 120°C betrugen. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 20 W erzeugt, um eine Phosphor-dotierte 15 nm-a-Si:H-Schicht 56 zu bilden.

Diese a-Si:H-Schicht 56 wird eine Schicht mit geringer Verunreinigungszugabe in der Solarzelle 50. Hier fungiert die Schicht als Halbleiterschicht vom n-Typ, weil diese mit Phosphor dotiert ist.

Auf der Poly-Si-Schicht 56 ließ man dann 50 scm3 SiH4(10%)/H2 fließen, sobald der Druck bei der Entladung auf 20 mTorr eingestellt war, und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 51 auf 120°C eingestellt war, um eine nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 57 mit 600 nm zu bilden. Diese a-Si-H-Schicht 57 wird eine optisch aktive Schicht der Solarzelle 50.

Auf diese nicht-dotierte a-Si-H-Schicht 57 ließ man dann 50 scm3 SiH4(10%)/H2 und 50 scm3 B2H6(1%)/H2 fließen, und die Sputtervorrichtung wurde eingestellt, so dass der Druck bei der Entladung und die Oberflächentemperatur des PET-Substrats 11 200 mTorr bzw. 120°C waren. Ein Plasma wurde bei einer Leistung von 20 W erzeugt, um eine a-Si-H-Schicht 58 mit 5 nm, dotiert mit Bor, zu bilden. Diese a-Si-H-Schicht 58 wird eine oberen Verunreinigungszugabe-Schicht in der Solarzelle 50. Da Bor hier dotiert wird, dient die Schicht als Halbleiter vom p-Typ.

Dann wurde ein ITO-Target-Film mit 150 nm durch RF-Sputtern gebildet, um eine ITO-Schicht 59 zu bilden. Schließlich wird Al durch Sputtern mit 200 nm gebildet, und eine Al-Stromkollektorelektrode 20 wurde durch Abheben unter Verwendung eines Resists gebildet.

Im Vergleichsbeispiel 1 scheint die gebildete µc-Si-Schicht 38 der Solarzelle bei einer visuellen Inspektion trübe. Die Oberflächenfilmstruktur wird zerstört, so dass die Fflmoberfläche das Licht streut, wie in 10 gezeigt. Die UV-Reflexions-Charakteristika auf der Filmoberfläche belaufen sich auf 3%. Positive Reflexions-Charakteristika durch FTIR gaben an, dass die Si-H-Bindungen offensichtlich zerstört wurden. Somit kann geschlossen werden, dass die Umwandlungseffizienz dieser Solarzelle in etwa Null darstellt.

Mit Vergleichsbeispiel 2 wurde ein Solarzelle mit derselben Struktur wie derjenigen des Solarzellen-Modells, gebildet allein durch eine amorphe Struktur von p+a-Si:H/a-Si:H/n+a-Si:H, erhalten. Somit kann, mit Bezug auf 9, die Umwandlungseffizienz mit etwa 7% abgeschätzt werden.

Andererseits konnten mit den Beispielen 1, 4, 6, 7, 9 und 10 eine Solarzelle 10, ähnlich zur Struktur des Solarzellen-Modells mit der Struktur p+µc-Si:H/a-Si:H/n+µc-Si:H, die in 7 gezeigt ist, hergestellt werden.

Daher kann, mit Bezug auf 9, von der Solarzelle 10, die in dieser Art und Weise hergestellt wurde, erwartet werden, dass sie eine Umwandlungseffizienz von etwa 13% aufweist. Insbesondere mit der Solarzelle 10, hergestellt in den Beispielen 4 und 10, in der die i-Schicht eine Heteroübergangsstruktur aufweisen konnte, kann erwartet werden, dass sich die Umwandlungseffizienz auf nicht weniger als 13% beläuft.

In den Beispielen 11 und 13 konnte eine Solarzelle 10 mit derselben Struktur wie derjenigen des Solarzellen-Modells mit der Struktur p+µc-SixC1-x:H/a-Si:H/n+µc-Si:H, gezeigt in 8, hergestellt werden.

Somit kann von der Umwandlungseffizienz der Solarzelle 10, die somit hergestellt wurde, erwartet werden, dass sie sich etwa auf 14% beläuft, wie aus 9 ersehen werden kann. Andererseits konnte mit der Solarzelle 10, hergestellt wie in den Beispielen 11 und 13, in der die i-Schicht eine Heteroübergangsstruktur aufweisen konnte, von der Umwandlungseffizienz erwartet werden, dass sie sich auf nicht weniger als 14% beläuft.

In den Beispielen 2, 3, 5 und 8 konnte eine derartige Solarzelle 10 mit einer Struktur von n+µc-Si:H/a-Si:H/p+µc-Si:H, invertiert aus der Struktur des Solarzellen-Modells, das in 7 gezeigt wird, hergestellt werden. Daher kann von der Umwandlungseffizienz der Solarzelle 10, die somit hergestellt wurde, erwartet werden, dass sie höher ist als diejenige der Solarbatterien der Vergleichsbeispiele 1 und 2.

In Beispiel 12 konnte eine derartige Solarzelle 10 mit einer Struktur n+µc-Si:H/a-Si:H/p+µc-SixC1-x:H, die eine invertierte Struktur derjenigen des Solarzellenmodells, das in 8 gezeigt ist, darstellt, hergestellt werden. Andererseits kann mit der Solarzelle 10, hergestellt wie in Beispiel 12, in der die i-Schicht eine Heteroübergangsstruktur haben konnte, von der Umwandlungseffizienz erwartet werden, dass sie weiter verbessert wird, verglichen mit derjenigen der Beispiele 2, 3, 5 oder 8.

Die vorliegende Erfindung kann nicht nur auf die oben beschriebene Solarzelle, sondern auf z.B. einen Photosensor angewendet werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Durch Bilden der polykristallinen Schicht, wie beansprucht, ist es möglich, eine Filmzerstörung durch Wasserstoff, enthalten in der Schicht, mit Verunreinigungszugabe, hergestellt beim Kristallisieren durch Laserhärten, zu verhindern, um die Schicht mit Verunreinigungszugabe in einen Polykristall mit optimaler Kristallinität zu bilden, und hierdurch die Umwandlungseffizienz zu verbessern.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung einer optischen Energiekonversions- bzw. Lichtenergiekonversionsvorrichtung, umfassend:

Bilden einer ersten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht (5, 16), als Halbleiter, zu dem eine erste Verunreinigung zugegeben wird, über dem Substrat (1, 11), wobei die Temperatur des Kunststoffsubstrats auf 200°C oder weniger eingestellt wird;

Bilden einer optisch aktiven Schicht (6, 17) auf der ersten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht, wobei die optisch aktive Schicht aus einem Wasserstoff enthaltenden amorphen Halbleitermaterial besteht;

Bilden einer zweiten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht (7, 18) auf der optisch aktiven Schicht, wobei die zweite mit Verunreinigung dotierte Halbleiterschicht aus einem amorphen Halbleitermaterial besteht, das mit einer zweiten Verunreinigung gemischt ist und das frei von einer Wasserstoffkonzentration ist; und

Bestrahlen des Substrats mit Laserlicht, nachdem die zweite mit Verunreinigung dotierte Halbleiterschicht gebildet wurde,

wobei die zweite mit Verunreinigung dotierte Halbleiterschicht polykristallisiert wird, wenn der Laser eine Oberfläche hiervon bestrahlt;

worin die polykristallisierte zweite mit Verunreinigung dotierte Halbleiterschicht aufgrund der Passivierung mit Restwasserstoff, der aus der optisch aktiven Schicht (6) extrahiert wird, gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Energiekonversions- bzw. Lichtenergiekonversionsvorrichtung nach Anspruch 1, worin

eine erste Elektrodenschicht auf dem Substrat gebildet wird, bevor die erste mit Verunreinigung dotierte Halbleiterschicht auf dem Substrat gebildet wird; und worin

eine zweite Elektrodenschicht auf der zweiten mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschicht gebildet wird, nachdem die zweite mit Verunreinigung dotierte Halbleiterschicht gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung einer optischen Energiekonversions- bzw. Lichtenergiekonversionsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die erste und zweite mit Verunreinigung dotierten Halbleiterschichten durch eine Sputtervorrichtung gebildet werden. Verfahren zur Herstellung einer optischen Energiekonversions- bzw. Lichtenergiekonversionsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die optisch aktive Schicht durch eine Sputtervorrichtung oder durch CVD (Chemische Dampfabscheidung) gebildet wird. Verfahren zur Herstellung einer optischen Energiekonversions- bzw. Lichtenergiekonversionsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die Leistung des Laserlichts beim Laserhärten auf einem solchen Niveau liegt, um die zweite mit Verunreinigung dotierte Halbleiterschicht zu kristallisieren, so dass der Reflektionsindex von auf die zweite mit Verunreinigung dotierte Halbleiterschicht einfallendem Licht einer Wellenlänge von 200 nm nicht weniger als 50% beträgt.






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