[发明专利]导电膜形成方法,缺陷补偿方法、光电元件及其制造方法

说明书

发明领域

本发明涉及通过溅射法在叠加在衬底上的半导体层上形成透明导电膜的透明导电膜形成方法，补偿在叠加在衬底上的半导体层中制造的有缺陷区域的半导体层有缺陷区域补偿方法，其中通过溅射法在叠加在衬底上的半导体层上形成透明导电膜的光电元件，以及制造光电元件的方法。

相关背景技术

近年来，对于通过太阳能电池产生光电能的实际应用已经并正在进行着各种研究。为了使太阳能电池适应于某些能量需要，它们需要满足所采用的太阳能电池足够高的光电转换效率、优异的可靠性、批量生产能力的需要。

首先，在下面描述一般的溅射技术。

通常，作为由溅射法在衬底上淀积透明导电膜的方法，有两种类型的建议方法：一种是利用In₂O₃-SnO₂氧化物或类似物作为靶、在Ar气中进行溅射的方法；另一种是在Ar和O₂的混合气体中溅射In-Sn合金或类似物的反应溅射法。前者允许在溅射后立即形成具有低电阻和高透射比的膜，但是这涉及增加膜形成速率的困难。

另一方面，后一种反应溅射法允许膜形成速率的增加。尤其是，在利用圆柱状可旋转靶的DC磁控管溅射设备的情况下，如在美国专利US4356073和US4422916中所述，据报道靶材料的利用效率大约比一般平面型的靶材料的利用效率高2.5至3倍(Kinouzairyou(Functional materials)，Vol.11，No.3，pp.35-41，March1991)。这种反应溅射法的优点包括节省靶材料、大大减少了用于调换靶制造停止时间。因此，利用可旋转靶的DC磁控管溅射设备可适用于批量生产。

然而，这种反应溅射法需要膜形成条件的极窄的适当范围，尤其是气体流动速度；例如，在透明导电膜形成在大面积的板状衬底上的位置，很难控制膜形成参数，例如薄膜电阻和透射比的均匀性、放电稳定性等等。

采用等离子发射监控器(以下称作“PEM”)的反应溅射法是所知的克服缺点的方法。

参考S.Schiller，U.Heisig，Chr.Korndorfer，J.Strumpfel，V.Kirchhoff“Progress in the Application of the Plasma Emission Monitor in WebCoating”(有关Vacuum Web Coating的第二届国际会议的记录，FortLauderdale，Florida，USA，Oct.1998)。

这种PEM是用于收集等离子发射的装置，它通过瞄准仪、引导发出的光通过分光镜到达光电倍增管(光电倍增器)，光电地将光转换成电信号，监测基于电信号的等离子的状态。该器件具有以特定值设置PEM的光电倍增器的灵敏度以及调节反应气体引入的流速以保持等离子恒定的发射强度的功能。

日本专利申请公开未审定No.11-29863公开了在衬底上形成ITO(氧化铟锡)膜的技术。通常，此技术是这样的方法：在膜形成腔室中设置衬底、在引入了溅射气体而反应气体没有引入其中的状态中在膜形成腔室中引起放电，调节用于监测等离子发射强度的装置的灵敏度使得放电的等离子的发射强度成为预定值，在控制反应气体引入量的同时溅射靶以保持膜形成速率恒定。也就是说，它是通过调节反应气体(O₂)的引入流速以便在ITO膜形成过程中保持In的等离子发射强度(在波长＝451.1nm的情况下)恒定的技术。

这些技术使得在反应溅射法中在满意地稳定基底上产生满意的淀积膜变得可行。

以下将描述通常的缺陷去除技术。

非晶硅(以下称作“a-Si”)太阳能电池引起人们注意，因为和利用结晶Si和其他材料制造的太阳能电池相比，它们可以以更低的成本和更高的批量生产力制造。原因在于可以容易地采用有用气体例如硅烷等作为源气体、通过辉光放电将其分解，在相对不贵的带状衬底例如金属板、树脂板或类似物上形成半导体膜或类似物的淀积膜。

顺便指出，为了将太阳能电池应用到一般家用的电源，需要约3kW的输出功率。随着具有10％的光电转换效率的太阳能电池的采用，在那种情况下的面积是30m²，因此必须制备大面积的太阳能电池。但是，由于太阳能电池的制造步骤，很难制造出在大面积上没有缺陷的太阳能电池。

例如，已知在多晶太阳能电池中和在例如a-Si这样的薄膜太阳能电池中，在晶界区域出现低电阻部分，在形成半导体层的过程中通过粉尘或类似物的影响引起的缺陷成为分流(shunts)和光电转换效率和成品率明显降低的原因。