[发明专利]硅基薄膜光电转换装置、及其制造方法和制造设备

说明书

技术领域

本发明涉及具有良好性能的硅基薄膜光电转换装置，及其制造方法和制造设备，并且更具体地，涉及获得显著改善的生产成本和生产效率的硅基薄膜光电转换装置，及其制造方法和制造设备。在本申请中，术语“多晶”、“微晶”和“晶态”包括部分非晶态。

背景技术

近年来，例如包括晶态硅薄膜的太阳能电池的研发和增加的生产吸引了世界范围的关注，所述晶态硅例如包含多晶硅或者微晶硅。太阳能电池的显著特征在于，使用例如等离子体CVD设备或溅射设备的膜沉积设备，将半导体膜或金属电极膜沉积在廉价的大面积基板上，并且此后通过使用例如激光构图的方法将在同一基板上制作的太阳能电池单元隔离和连接，从而可以同时实现太阳能电池的低成本和高性能。在这样的制造工艺中，由于制造设备的较高的成本引起的太阳能电池的制造成本的增加成为广泛应用的瓶颈之一，而制造设备的代表是作为制作装置的主设备的CVD设备。

传统上，在生产太阳能电池的设备中，已经采用了其中多个膜沉积室(以下也称为室)线性连接的直线系统、或其中在中心提供中间室并且在其周围布置多个膜沉积室的多室系统。然而，在直线系统中，传送基板的流水线是线性的并且当仅需要部分维护时也应当停止整个设备。例如，当包括了最需要维护的用于形成i性硅基光电转换层的多个膜沉积室设备时，即使当用于形成i型硅光电转换层的单个膜沉积室需要维护时，也要不利地停止整个生产线。

另一方面，在多室系统中，其上应当形成膜的基板经由中间室被移动至各膜沉积室，并且在各膜沉积室和中间室之间提供能够维持密封性的可移动隔离物。因而，即使当在某个膜沉积室中出现不利的事件时，也可以使用其他膜沉积室并且整个生产不被停止。然而，在采用多室系统的生产设备中，存在经由中间室的多个流水线并且中间室的机械结构不可避免地复杂。例如，移动基板同时保持中间室和各膜沉积室之间的密封性的机构复杂并且昂贵。另外，布置在中间室周围的膜沉积室的数量受到空间的限制。

考虑到这些问题，已经提出了一种硅基薄膜光电转换装置的制造方法，其特征在于p型半导体层、i型微晶硅基光电转换层和n型半导体层顺序地形成于同一等离子体CVD膜沉积室中并且p型半导体层在膜沉积室中的压力不低于667Pa(5torr)的条件下形成，(例如，见日本特开平2000-252495号公报(专利文献1))。根据该方法，可以使用简化的设备以低成本和高效率制造具有良好性能和质量的光电转换装置。

但是该制造方法的缺点在于，由于在同一膜沉积室中用该方法重复地形成p型半导体层、i型微晶硅基光电转换层和n型半导体层(以下也称为“pin层”，另外，其中按此顺序布置的p型半导体层、i型微晶硅基光电转换层和n型半导体层的结构称为“pin结构”)，以便改善作为其目标的生产率，所以在等离子体CVD膜沉积室中的阴极和/或内表面上形成的残留的膜中的n型层中的n型掺杂剂在形成下一p型半导体层和i型硅基光电转换层的初始阶段不可避免地被引入下一p型半导体层和i型硅基光电转换层。

具体地，在等离子体CVD膜沉积室中，最初，在p型半导体层的形成中p型层形成于膜沉积室中阴极和/或内表面上，然后在i型硅基光电转换层的形成中i型层形成于p型层上，并且随后在n型半导体层的形成中n型层形成于i型层上。这样p型层、i型层和n型层的堆叠的膜形成为在等离子体CVD膜沉积室中的阴极和/或内表面上的残留的膜。在这样的残留的膜中的n型层中的n型掺杂剂(以下也称为n型杂质原子)在形成下一p型半导体层和i型硅基光电转换层的初始阶段被不利地引入下一p型半导体层和i型硅基光电转换层。

这里，n型掺杂剂对于p型半导体层的影响使得n型掺杂剂消弱了p型掺杂剂(以下也称为p型杂质原子)的作用并且因而不能够保证制造太阳能电池所必须的p型半导体层的空间电荷。这样，即使当采用了制造p型半导体层的传统上充分的条件，太阳能电池的参数也受到不利的影响；例如，降低了开路电压和极性因子。另外，也已知n型掺杂剂对于i型硅基光电转换层的影响。具体地，在残留的膜中的n型掺杂剂扩散进入i型硅基光电转换层增加了i型硅基光电转换层的复合水平并且减弱了中间电场，导致显著地降低太阳能电池的短波长灵敏度(例如，见日本特开平2000-243993号公报)(专利文献2))。