制造光电器件的方法 本发明涉及制造光电器件的方法,更具体地说,本发明涉及制造具有改进的光电转换效率,甚至在高温度和/或高湿度下也不会剥落的高可靠性薄膜,高生产率,弯曲部分薄膜不会碎裂,低并联电阻和制造组件的切割工艺中没有碎裂和剥落等各种优点的光电器件的方法。
光电器件中,已经开发了各种工艺用来改进照射器件的光利用率。广泛使用的工艺是在光电器件中提供反射层或增强反射层。例如,在日本特许公开4-218977中公开了一种工艺,为了提高反射率,用表面不规则的金属形成不连续的反射层,在反射层上形成了有相同厚度的连续的反射层。然而,反射率仍然不充分,因此,需要进一步提高反射率以增加光电器件的光电转换效率。
而且,常规光电器件在反射层和反射增强层之间存在着粘结的问题。尤其是当光电器件在高温高湿的环境下使用很长时间后,粘结问题变得更严重了。
本发明的一个目的是提供一种光电器件,它具有高的光电转换效率,在反射层和反射增强层中具有高地反射率,并且在反射层和反射增强层之间以及反射层和衬底之间具有良好的粘结性。
为了达到上述目的,本发明提供了一种制造光电器件的方法,这种光电器件包括:由衬底和在衬底上重叠形成的反射层和反射增强层构成的底座部分;用非单晶层作为晶体结构并包含硅原子的n型,i型和p型半导体层形成的pin结构,这种pin结构在底座上至少重复一次,这种方法包括以下步骤:
(a)淀积构成反射层的材料,在200-500度的衬底温度下形成反射层;
(b)步骤(a)完成后,将衬底温度降低至100度或更低;
(c)步骤(b)完成后,在反射层上淀积构成反射增强层的材料,在200-400度的衬底温度下形成反射增强层。
图1是示出依据本发明的一个实施例的光电器件的截面图;
图2是示出依据本发明的另一个实施例的光电器件的截面图;
图3是示出依据本发明的又一个实施例的光电器件的截面图;
图4是示出依据本发明的再一个实施例的光电器件的截面图;
图5是示出具有多个彼此分离的室的用于制造反射层的设备的一个实例的截面图;
图6是示出具有多个分离的室的用于制造反射层的设备的另一实例的截面图;
图7是示出用于制造反射层的双卷盘型设备的一个实例的截面图;
图8是示出用于制造反射层的双卷盘型设备的另一个实例的截面图;
图9是示出具有多个彼此分离的完的用于制造光电器件的齐备的实例的截面图;
图10是示出用于制造光电器件的双卷盘型设备的一个实例的截面图;
本发明提供一和种制造光电器件的方法,这种光电器件包括:由衬底和在衬底上重叠形成的反射层和反射增强层构成的底座部分;用非单晶层作为晶体结构并包含硅原子的n型,i型和p型半导体层形成的pin结构。本发明方法可以解决光电器件在高温高湿下可能发生的老化问题。本发明方法的特征在于,它包括以下步骤:(a)淀积构成反射层的材料,在200-500度的衬底温度下形成反射层;(b)步骤(a)完成后,将衬底温度降低至100度或更低;(c)步骤(b)完成后,在反射层上淀积构成反射增强层的材料,在200-400度的衬底温度下形成反射增强层。经过步骤(a)-(c)之后,就有可能形成一种反射层,例如,这种反射层由表面上不规则的金属构成,这种反射层可用来改进约束光。在该方法中,也由可能抑制反射层的表面氧化。因此,本发明的光电器件具有高反射率的反射层。
本发明可用于一种称为双卷盘(roll-to-roll)方法的制造方法中,半导体层和其它薄膜连续形成于一个长的卷绕衬底上。在依据双卷盘方法制造器件的过程中,当反射层和反射增强层顺序形成于衬底上时,在淀积材料以形成反射增强层(透明导电层),例如一种氧化物的工艺过程中,氧原子向保持在高温状态下的下面的反射层扩散。这样,反射层被过氧化。在依据本发明的制造方法中,上述过氧化问题可以得到解决。
依据本发明的方法制造的光电器件对施加到器件上的外力(如光电器件被弯曲时)具有改进的抵抗能力。因此,多个光电器件可以集成为一单独模块,而不会产生半导体层与衬底之间的分离。
另外,如上所述,本发明方法抑制了由金属等类似物构成的反射层的氧化。这可以改进光电器件中反射层与反射增强层之间的粘结特性。而且,依据本发明方法,有可能形成薄氧化膜从而减少形变。结果,可以降低反射层和反射增强层中的应力。
本发明中,步骤(a)中在衬底上形成反射层后,衬底在随后的步骤(b)中以1-50度/秒的冷却率得到冷却,以减少冷却衬底的工艺过程中因温度的改变而引起的形变,从而防止制造工艺过程中或在完成的光电器件中顶部层从衬底剥落,也防止了由构成光电器件的全部层的电阻总和构成的串联电阻。
而且,在形成反射增强层的步骤(c)中,以10-100度/秒的速率将衬底温度提高到200-400度的温度范围。这抑制了步骤(c)后降低衬底温度时因温度改变而引起的热形变,热形变的减少防止了顶部层从衬底上剥落,也防止了光电器件串联电阻的增加。
本发明中,步骤(b)中衬底的冷却用气体进行。最好用从氢气,氦气和氩气构成的组中选择一种或几种气体将衬底冷却到期望的温度而不引起已形成的反射层表面的氧化。
下面参照最佳实施例,并参考附图对本发明作进一步的详细描述。
〔光电器件〕
图1-4示出了一些依据本发明方法制造的光电器件的结构的实例。在图1和图2所示的实例中,光电器件中具有一个pin结构,而图3和图4中的光电器件具有三个pin结构。这种类型的光电器件可以以两种不同的方法来构造。
图1的截面图示出的光电器件具有一个pin结构(单型器件)。这种类型的光电器件可以以两种不同的方法来构造。在第一种结构中,光入射到与底座部分相反的表面,而在第二种结构中,光入射于底座部分的表面。
在具有光入射到与底座部分相反的表面上的光电器件中包括:包括衬底100,反射层101和反射增强层102的底座部分190;第一n型层(或p型层)103;n/i(或p/i)缓冲层151;第一i型层104;p/i(或n/i)缓冲层161;第一p型层(或n型层)105;透明电极112;以及收集电极113,其中,这些部分以上述顺序从底到顶一个接一个地形成。
在具有图1所示结构的器件中,一个中间层(多功能粘结层)199可以置于底座部分190中的衬底100和反射层101之间,如图1所示,以便改进例如衬底100和反射层101之间的粘结性能。(图2中,与图1中类似的部分以类似的标号表示。)
图3的截面图示出的光电器件具有三个pin结构(三层型器件)。这种类型的光电器件也可以以两种不同的方法来构造。即,在第一种结构中,光入射到与底座部分相反的表面,而在第二种结构中,光入射于底座部分的表面。
在具有光入射到与底座部分相反的表面上的光电器件中包括:由衬底200,反射层201和反射增强层202构成的底座部分290;第一n型层(或p型层)203;第一n/i(或p/i)缓冲层251;第一i型层204;第一p/i(或n/i)缓冲层261;第一p型层(或n型层)205;第二n型层(或p型层)206;第二n/i(或p/i)缓冲层252;第二i型层207;第二p/i(或n/i)缓冲层262;第二p型层(或n型层)208;第三n型层(或p型层)209;第三i型层210;第三p型层(或n型层)211;透明电极212;以及收集电极213,其中,这些部分以上述顺序从底到顶一个接一个地形成。
在具有图3所示结构的器件中,一个中间层(多功能粘结层)299可以置于底座部分290中的衬底200和反射层201之间,如图4所示,以便改进例如衬底200和反射层201之间的粘结性能。(图4中,与图3中类似的部分以类似的标号表示。)
在制造本发明光电器件的过程中,期望在p/i缓冲层和p型层之间界面附近,在n/i缓冲层和n型层之间界面附近,在i型层和p型层附近,和/或在i型层和n型层附近部分进行退火。退火最好在氢气,氦气或氩气的气氛中进行。尽管退火气体的最佳流速依赖于在其中进行退火的室的尺寸,但最好位于100-10000sccm的范围内。
下面将描述形成依据本发明制造方法的光电器件的反射层和反射增强层的工艺以及制造过程中所用到的设备。
图5-8示出了一些可用于形成依据本发明的反射层和反射增强层的设备的实例。在图5和图6所示的实例中,该设备具有彼此分隔的多个室。另一方面,在图7和图8所示的实例中,该设备是双卷盘类型的。
下面将进一步详细描述图5和图6所示的具有多个分隔的室的设备。
图5或图6所示的设备属于从圆片到圆片形成层的类型。具有规定形状的衬底依次从多个室中的一个搬运到另一个,不同的层在不同的室中形成于衬底上。
设备300具有图5所示的结构,包括:装载锁(load-lock)室301;转运室302和303;卸料室304;门阀306,307和308;衬底加热器310和311;衬底转运轨313;光反射层淀积室320;反射增强层淀积室330;靶321和331;靶电极322和332;入气管324和334;溅射电源325和335;靶闸板326和336。
源气体供应系统(未示出)由入气管与图5所示设备相连。源气体供应系统包括分别容纳有超高纯氢气,氩气和氦气的气缸。靶321上放有用于形成反射层的例如金属的一种材料。靶331上放有用于形成反射增强层的例如氧化物的一种材料。衬底390在设备中以箭头所指的方向从一个室转运到另一个室,其中,在一个室中,一个层淀积于衬底390上,然后,在另一个室中,将另一层进一步淀积于其上。
下面将举例说明使用具有多个分隔的室的设备形成诸如图1或图3所示的光电器件的反射层和反射增强层的工艺步骤。
(SA-1)用丙酮和异丙醇或类似物通过超声清洗将衬底390清洗干净,然后用热空气烘干。干净的衬底390放置于装载室301中的衬底转运轨313上,用真空泵将装载室301(未示出)抽空到约1×10-5乇的压力。
(SA-2)然后,打开门阀306,通过转运室302将衬底390转运到淀积室320中,其中,淀积室320和转运室302都已用真空泵(未示出)进行了抽空。
(SA-3)将衬底390放置成背面与衬底加热器310接触以便以10-100度/秒的速率将衬底390加热到200-500度的温度范围。用真空泵(未示出)将淀积室320的内部抽空到例如约3×10-6乇的压力。
(SA-4)然后,以期望的流速用入气管324将例如氩气引入到室320中。利用导阀(未示出)将淀积室320内部的压力调整到例如1-30毫乇。有电流流过环形线圈323,从溅射电源325向靶上施加如100V-1000V的例如DC电源,从而产生出氩等离子体。
(SA-5)打开靶闸板326以便开始在衬底的表面上淀积金属材料,从而形成厚为0.25-1μm的光反射层(图1所示器件中为101,图3所示器件中为201)。淀积完成后,关闭靶闸板326以关闭等离子体。
(SA-6)升高衬底加热器310到顶部位置。然后在作为冷却气体的He气气氛中,最好以1-50度/秒的速率将衬底冷却到小于等于100度的温度。然后打开门阀307,通过转运室303将衬底390转运到淀积室330中,其中,转运室303和淀积室330都已用真空泵(未示出)进行了抽空。
(SA-7)将衬底390放置成背面与衬底加热器311接触以便最好以10-100度/秒的速率将衬底390加热到200-400度的温度范围。用真空泵(未示出)将淀积室330的内部抽空到例如约2×10-6乇的压力。
(SA-8)然后,以期望的流速用入气管334将例如氩气引入到室330中。利用导阀(未示出)将淀积室330内部的压力调整到例如约6毫乇。有电流流过环形线圈333,从溅射电源335向靶上施加如100V-1000V的例如DC电源,从而产生出氩等离子体。
(SA-9)打开靶闸板336以便开始在衬底的表面上淀积金属材料,从而形成厚为0.05-4μm的反射增强层(图1所示器件中为102,图3所示器件中为202)。淀积完成后,关闭靶闸板336以关闭等离子体。
(SA-10)升高衬底加热器311到顶部位置。然后在作为衬底冷却气体的He气气氛中,最好以1-50度/秒的速率将衬底冷却到小于等于100度的温度。然后打开门阀308,衬底390转运到已用真空泵(未示出)进行了抽空的卸料室304中,从而形成了反射层和反射增强层。
在制造具有如图2或图4所示结构的光电器件的过程中,可使用图6所示的具有多个分隔的室的设备来顺序在衬底上形成中间层,反射层和反射增强层。
图6所示的设备3300包括:装载锁(load-lock)室3301;转运室3302和3303和3304;卸料室3305;门阀3306,3307和3308和3309;衬底加热器3310和3311和3312;衬底转运轨3313;中间层淀积室3320;光反射层淀积室3330;反射增强层淀积室3340;靶3321和3331和3341;靶电极3322和3332和3342;入气管3324和3334和3344;溅射电极3325和3335和3345;靶闸板3326和3336和3346。
源气体供应系统(未示出)由入气管与图6所示设备相连。源气体供应系统包括分别容纳有超高纯氢气,氩气和氦气的气缸。靶321上放有用于形成中间层的一种材料。靶331上放有用于形成反射层的例如金属的一种材料。靶341上放有用于形成反射增强层的例如氧化物的一种材料。
如图5所示的设备中,衬底3390在设备中以箭头所指的方向从一个室转运到另一个室,其中,在一个室中,一个层淀积于衬底3390上,在另一个室中,将另一层进一步淀积于其上,等等。
下面将举例说明使用图6所示的具有多个分隔的室的设备形成中间层,反射层和反射增强层的工艺步骤。
(SB-1)用丙酮和异丙醇或类似物通过超声清洗将衬底清洗干净,然后用热空气烘干。干净的衬底3390放置于装载室3301中的衬底转运轨3313上,用真空泵将装载室3301(未示出)抽空到约1×10-5乇的压力。
(SB-2)然后,通过转运室3302将衬底3390转运到淀积室3320中,其中,淀积室3320和转运室3302都已用真空泵(未示出)进行了抽空。
(SB-3)将衬底3390放置成背面与衬底加热器3310接触以便最好将衬底3390加热到30-500度的温度范围。用真空泵(未示出)将淀积室3320的内部抽空到例如约2×10-6乇的压力。
(SB-4)然后,以期望的流速用入气管3324将例如氩气引入到室3320中。利用导阀(未示出)将淀积室3320内部的压力调整到例如1-30毫乇。有电流流过环形线圈3323,从溅射电源3325向靶上施加如100V-1000V的例如DC电源,从而产生出氩等离子体。
(SB-5)打开靶闸板3326以便开始在衬底的表面上淀积中间层(图2所示器件中为199,图4所示器件中为299)。当中间层的厚度达到1-100nm的期望值时,关闭靶闸板3326以关闭等离子体。
(SB-6)然后,打开门阀3307,将衬底3390转运到淀积室3330中。将衬底3390放置成背面与衬底加热器3311接触以便最好以10-100度/秒的速率将衬底3390加热到200-400度的温度范围。用真空泵(未示出)将淀积室3330的内部抽空到例如约3×10-6乇的压力。
(SB-7)然后,以期望的流速用入气管3334将例如氩气引入到室3330中。利用导阀(未示出)将淀积室3330内部的压力调整到例如1-30毫乇。有电流流过环形线圈3333,从溅射电源3335向靶上施加如100V-1000V的例如DC电源,从而产生出氩等离子体。
(SB-8)打开靶闸板3336以便开始淀积金属材料,从而在衬底上形成反射层(图2所示器件中为101,图4所示器件中为201)。当反射层达到0.25-1μm的期望厚度时,关闭靶闸板3336以关闭等离子体。
(SB-9)升高衬底加热器3311到顶部位置。然后在作为衬底冷却气体的He气气氛中,最好以1-50度/秒的速率将衬底冷却到小于等于100度的温度。然后打开门阀3308,衬底3390通过转运室3304转运到淀积室3340中,其中,淀积室3340和转运室3304都已用真空泵(未示出)进行了抽空。
(SB-10)将衬底3390放置成背面与衬底加热器3312接触以便最好将衬底3390以10-100度/秒的速率加热到200-400度的温度范围。用真空泵(未示出)将淀积室3340的内部抽空到例如约2×10-6乇的压力。
(SB-11)然后,以期望的流速用入气管3334将例如氩气引入到室3340中。利用导阀(未示出)将淀积室3340内部的压力调整到例如1-30毫乇。有电流流过环形线圈3343,从溅射电源3345向靶上施加如100V-1000V的例如DC电源,从而产生出氩等离子体。
(SB-12)打开靶闸板3346以便开始在Ag反射层101的表面上淀积反射增强层(图2所示器件中为102,图4所示器件中为202)。当反射增强层的厚度达到0.05-4μm的期望值时,关闭靶闸板3346以关闭等离子体。
(SB-13)升高衬底加热器3312到顶部位置。然后在作为衬底冷却气体的He气气氛中,最好以1-50度/秒的速率将衬底冷却到小于等于100度的温度。然后打开门阀3309,衬底3390通过转运室3304转运到已经用真空泵(未示出)进行了抽空的卸料室3305中,这样就形成了中间层,反射层和反射增强层。
下面将描述图7和图8所示的双卷盘类型的设备。
图7或图8所示的设备中,卷绕的带状衬底通过多个室以使多个层顺序形成于衬底上。
图7所示设备600包括:衬底给进室610;多个淀积室611-613;以及衬底卷扬室614。这些室并排分布,并且相邻室通过隔离道615,616,617和618彼此相连。每个室都有孔,通过该孔可将室的内部抽空。带状衬底621在设备中以箭头所指的方向移动,以便从一个室到另一个室中将各层淀积于衬底之上。
下面将说明使用图7所示的双卷盘型设备在制造具有诸如图1或图3所示结构的光电器件的过程中形成反射层的工艺步骤。
带状衬底621给进到设备中,并经过各个淀积室和隔离道。然后在衬底卷扬室中将带状衬底621绕成卷。气体通过入气口引入每一隔离道,并通过孔从室中排出,结果在带状衬底621的传送过程中,一个接一个地淀积了各个层。
光反射层形成于淀积室612中,反射增强层(图1所示结构中为102,图3所示结构中为202)形成于淀积室613中。
在每一淀积室中,提供了卤素灯加热器640,641和642用于为每一室从背面开始加热衬底到一个规定的温度。每一隔离道617,618都有冷却机构。
在淀积室612中,例如通过DC磁溅射工艺在由入气口632引入的例如氩气气氛中淀积一层膜。一种用于形成反射层的诸如金属的材料用来制作靶650。
在淀积室613中,例如通过DC或RF磁溅射工艺在由入气口634引入的例如氩气气氛中淀积一层膜。一种用于形成反射增强层的诸如氧化物的材料用来制作靶660。
在给定条件下形成反射层和反射增强层以后,在衬底卷扬室3684中将带状衬底621绕成卷。
另一方面,在制造例如图2或图4所示的光电器件的制造过程中,可以使用图8所示的双卷盘型设备在衬底上形成中间层,反射层和反射增强层
图8所示设备3600包括:衬底给进室3610;多个淀积室3611-3613;以及衬底卷扬室3684。这些室并排分布,并且相邻室通过隔离道3615,3616,3617,3618和3619彼此相连。每个室都有孔,通过该孔可将室的内部抽空。带状衬底3621在设备中以箭头所指的方向移动,以便从一个室到另一个室中将各层淀积于衬底之上。
下面将说明使用图8所示的双卷盘型设备在制造具有诸如图2或图4所示结构的光电器件的过程中形成中间层,反射层和反射增强层的工艺步骤。
带状衬底3621给进到设备中,并经过各个淀积室和隔离道。然后在衬底卷扬室中将带状衬底3621绕成卷。气体通过入气口引入每一隔离道,并通过孔从室中排出,结果在带状衬底3621的传送过程中,一个接一个地淀积了各个层。
中间层(图2所示结构中为199,图4所示结构中为299)形成于淀积室3612中。反射层(图2所示结构中为101,图4所示结构中为201)形成于淀积室3613中。反射增强层(图2所示结构中为102,图4所示结构中为204)形成于淀积室3614中。
在每一淀积室中,提供了卤素灯加热器3640,3641,3642和3643用于为每一室从背面开始加热衬底到一个规定的温度。每一隔离道3617,3618,3619都有冷却机构。
在淀积室3612中,例如通过DC磁溅射工艺在由入气口3632引入的例如氩气气氛中淀积一层膜。一种用于形成中间层的材料用来制作靶3650。
在淀积室3613中,例如通过DC或RF磁溅射工艺在由入气口3634引入的例如氩气气氛中淀积一层膜。一种用于形成反射层的材料用来制作靶3660。
在淀积室3614中,例如通过DC磁溅射工艺在由入气口3636引入的例如氩气气氛中淀积一层膜。一种用于形成反射增强层的材料用来制作靶3670。
在给定条件下形成中间层,反射层和反射增强层以后,在衬底卷扬室3614中将带状衬底3621绕成卷。
在制造依据本发明的光电器件的过程中,下面将参照附图说明在其上已经以上述方式形成了反射层和反射增强层的底座部分上将半导体层形成为pin结构的工艺步骤。
可以使用用于这一目的的制造设备,如图9或图10所示的设备。图9所示设备属于具有多个分隔的室的类型,图10所示设备为双卷盘类型。
下面将进一步详细描述图9所示的具有多个分隔的室的设备。
该设备中,具有给定形状的衬底依次给进到多个室中,在每一室中一个接一个地对衬底淀积半导体层,从而制造出具有图1-4所示的任一种结构的器件。
图9所示设备100包括:装载室401;转运室402,403和404;卸料室405;门阀406,407,408和409;衬底加热器410和411和412;衬底转运轨413;n型层(或p型层)淀积室417;i型层淀积室418;p型层(或n型层)淀积室419;等离子体激励杯420,421;电源422,423,424;微波人口窗425;波导426;入气管429,449,469;阀430,431,432,433,434,441,442,443,444,450,451,452,453,454,455,461,462,463,464,465,470,471,472,474,481,482,483,484;质量流控制器436,437,438,439,456,457,458,459,460,476,477,478,479;闸板427;偏置杆428;底座部分支持器490;抽气系统(未示出);微波电源(未示出);真空计量器(未示出);和控制器(未示出)。
以下将说明依据本发明使用图9所示的在线制造设备制造光电器件的方法的一个实例。
(I-1)所有淀积设备400中的室都为与各室分别相连的涡轮分子泵(未示出)抽空到例如10-6乇或更低的压力。
(I-2)将其上已经以上述方式形成有反射层和反射增强层的衬底放在衬底支持器490上。
(I-3)将衬底支持器490放入装载室401中,并关闭装载室401的门。然后用包括机械增压泵和回转泵(MP/RP抽气系统)的抽气系统(未示出)将装载室401抽气到一个给定的压力。
(I-4)如果装载室已经被抽气到一个给定的压力,MP/RP切换为涡轮分子泵,并进一步抽气到例如10-6乇或更低的压力。
(I-5)当装载室内部的压力成为10-6乇或更低后,打开门阀406,并将衬底支持器490沿着衬底转运轨413移入转运室402中。然后关闭门阀406。
(I-6)升高转运室402中的衬底加热器410到顶部位置以使衬底支持器490不与衬底加热器410碰撞。衬底支持器490定位于使衬底刚好加热器410以下的位置。然后降低衬底加热器410,将衬底移入n层淀积室。
(I-7)调整衬底温度到适宜于n型层淀积的值。用于形成n型层的如SiH4,Si2H6或类似的含Si气体以及包含V族元素的气体被引入到淀积室417(通过阀),质量流控制器438和阀433中。最好,根据所要淀积的n型层的特性以合适的流速也将氢气引入淀积室417中。这样,将用来淀积n型层的源气体引入到淀积室417中,调整排气阀(未示出)以使淀积室417的内部压力具有0.1-10乇范围内的合适值。
(I-8)然后将来自RF功率源422的RF功率施加于等离子体激励杯420,从而产生等离子体放电,并持续合适的时间直到n型层已被淀积了期望的厚度。
(I-9)完成n型层的淀积后,停止向淀积室417提供源气,将室417的内部用氢气或氦气进行净化。充分净化室417后,停止提供氢气或氦气,用涡轮分子泵将室417的内部抽空到例如10-6的压力。
(I-10)打开门阀407,将衬底支持器490移入转运室403中。然后关闭门阀407。
(I-11)接着调整衬底支持器490的位置以便可以用衬底加热器411加热衬底。移动衬底加热器411使之与衬底接触并将衬底加热到合适的温度。将氢气或者诸如氦气的惰性气体引入淀积室418中。淀积室418最好保持在下述步骤所要淀积的n/i缓冲层所使用的相等的压力。
(I-12)当衬底温度达到合适值时,关闭加热衬底时所用的气体,从源气供应系统将淀积n/i缓冲层所使用的源气提供到淀积室418中。打开阀462,463和464,用质量流控制器457,458和459将氢气,硅烷气和锗烷气的流速调整到期望值。然后打开阀452,453,454和450以便将上述气体引入到淀积室418中。这些源气用扩散泵(未示出)进行抽吸以使淀积室418内部保持于合适的压力。
(I-13)当淀积室418中的压力稳定在要求的数值时,RF功率通过RF功率源加到偏置杆,用RF等离子体CVD淀积n/i缓冲层。n/i缓冲层的淀积速率最好小于随后将淀积在其上的I型层的淀积速率。
(I-14)然后将衬底加热到适于淀积i型层的温度。在加热衬底时,最好把氢气或惰性气体如氦气通过阀461,451和450引入到淀积室418中,这里的气体流速通过质量流控制器控制,淀积室418中的压力应保持与淀积I型层时的压力相等。
(I-15)当衬底温度达到合适值时,关闭加热衬底时所使用的气体,从源气体供应系统将淀积i型层时使用的源气体提供到淀积室418。打开阀462,463和464,并用质量流控制器457,458和459将氢气,硅烷气和锗烷气的流速调整到合适值。打开阀452,453,454和450以将上述气体引入淀积室418。同时,用扩散泵(未示出)抽吸这些源气以使淀积室418内部保持于合适的压力。
(I-16)当淀积室418中的压力稳定于合适值时,通过波导426和微波人口窗425将微波功率引入到淀积室418中。除以上微波功率外,也可以通过偏置杆从如图9中放大的图所示的外部DC功率源,RF功率源或VHF功率源424引入DC偏置功率。这样,可淀积具有期望厚度的i型层。当i型层达到期望的厚度值时,关闭微波功率和偏置功率。
(I-17)用氢气或惰性气体(如果需要,如氦气)净化淀积室418的内部。然后以与淀积n/i缓冲层类似的方式在i型层上淀积具有期望厚度的p/i缓冲层。淀积完p/i缓冲层后,用氢气或惰性气体(如果需要,如氦气)净化淀积室418的内部。
(I-18)净化后,抽气系统从扩散泵切换到涡轮分子泵并将淀积室抽气到如10-6乇或更低。同时,升高衬底加热器,以防止衬底支持器移动时与加热器碰撞。打开门阀408,通过转运室403将衬底支持器移到转运室404中。然后关闭门阀408。
(I-19)将衬底支持器移到刚好处于衬底加热器412下面的位置。用衬底加热器412加热衬底。在加热过程中,最好把抽气系统从涡轮分子泵切换到MP/RP,并且将淀积室内部的压力保持于与随后淀积p型层时的压力相等的值,同时,将氢气或惰性气体如氦气引入淀积室。当衬底压力达到期望值时,关闭加热衬底所用的氢气或惰性气体。通过阀482,483,484,质量流控制器477,478,479,阀472,473,474和入气口469将诸如H2,SiH4,淀积p型层时所用的包含III族元素如BF3的气体提供给淀积室419。
(I-20)调整排气阀以使淀积室419内部的压力保持于合适值。当淀积室419中的压力达到稳定的合适值时,从RF功率源423将RF功率提供给等离子体激励杯。这样,进行合适时间的淀积,从而形成p型层。
(I-21)完成淀积后,停止供应RF功率和源气,用氢气或惰性气体如氦气净化淀积室的内部。净化后,抽气系统从MP/RP切换到涡轮分子泵,淀积室的压力被抽到10-6乇或更低。同时,升高衬底加热器。另外,打开门阀409,把衬底支持器490移到卸料室405。关闭门阀409。如果衬底支持器的温度冷却到100度或更低,则打开卸料室的门,把衬底取出。这样,在衬底上就形成了构成pin结构的半导体层。
(I-22)然后,将其上已形成有pin半导体层的衬底放入真空汽相淀积室中,将透明电极汽相淀积到半导体层的顶部。然后将其上已按以上步骤形成有透明电极的衬底放入另一真空汽相淀积室中,将收集电极汽相淀积到透明电极上。
这样,经过工艺步骤(I-1)-(I-22)后,就得到了完整的光电半导体器件。
下面将描述图10所示的双卷盘型设备。
在图10所示的设备中,卷绕的带状衬底通过彼此相连的多个室以使多个半导体层顺序形成于衬底上或者进行需要的工艺从而制造出具有图1-4所示任意一种结构的器件。
淀积设备5000包括彼此相连的13个室。这13个室位于给进片状衬底处的装载室和卸料室5150之间。这13个室是:第一n型层淀积室5020;第一RF i层(n/i)淀积室5030;第一MW(微波)i层淀积室5040;第一RF i层(p/i)淀积室5050;第一p型层淀积室5060;第二n型层淀积室5070;第二RF i层(n/i)淀积室5080;第二MW i层淀积室5090;第二RF i层(p/i)淀积室5100;第二p型层淀积室5110;第二RF i层淀积室5130;以及第三p型层淀积室5140。
相邻室通过气门(5201,5202,5203,5204,5205,5206,5207,5208,5209,5210,5211,5212,5213,5214)彼此相连。每一气门都有气体供应管道(5301,5302,5303,5304,5305,5306,5307,5308,5309,5310,5311,5312,5313,5314),通过该气体供应管道将气体供入气门中。
装载室5010,卸料室5150和淀积室通过排气管(5011,5021,5031,5041,5051,5061,5071,5081,5091,5101,5111,5121,5131,5141,5151)各自与抽气泵(5012,5022,5032,5042,5052,5062,5072,5082,5092,5102,5112,5122,5132,5142,5152)相连。
源气供应管道(5025,5035,5045,5055,5065,5075,5085,5095,5105,5115,5125,5135,5145)被连接到每一淀积室,其中,每一源气供应管道的另一端连接于混合器件(5026,5036,5046,5056,5066,5076,5086,5096,5106,5116,5126,5136,5146) 。
另外,每一淀积室通过RF同轴电缆(5023,5033,5043,5053,5063,5073,5083,5093,5103,5113,5123,5133,5143)与高频(RF)功率源(5024,5034,5044,5054,5064,5074,5084,5094,5104,5114,5124,5134,5144)相连。
片状给进机构5400位于装载室5010中,片状卷扬机构位于卸料室5150中。片状形式的衬底5401从片状给进机构5400给进,并通过上述13个淀积室。然后,衬底5401由片状卷扬机构5402卷绕。
MW i层淀积室也通过同轴电缆与偏置功率源相连。而且,MW I层淀积室与排气处理系统相连。
下面将说明使用图10所示的依据本发明的双卷盘型制造设备制造光电器件的方法的一个实例。
(R-1)将其上已经按上述方式形成有反射层和反射增强层的片状衬底绕成卷。将衬底卷放到提供给进片状衬底的装载室5010中。
(R-2)然后,将片状衬底通过淀积室和气门连接到卸料室5150中的片状卷扬机构5402中。用抽气系统(未示出)将每一淀积室抽到103乇或更低以后,通过混合装置5024,5034,5044,5054,5064,5074,5084,5094,5104,5114,5124,5134和5144将氢气提供给各个室。
(R-3)从门气供应系统将氢气提供给各个气门5201、5202、5203、5204、5205、5206、5207、5208、5209、5210、5211、5212、5213和5214。控制提供给气门的氢气的流速以使源气在相邻淀积室之间不会发生混合。最佳流速依赖于片状衬底经过气门的间隔。当间隔为0.5-5mm的情况下,最好将氢气流速设置为200-3000sccm。
(R-4)用每一淀积室中提供的衬底加热器将片状衬底5401加热到给定的衬底温度,如果衬底温度已达到稳定,提供给每一淀积室的氢气根据各个淀积室切换为合适的源气。气体切换为源气后,调整每一抽气系统排气阀的开口程度以使每一淀积室内部保持于合适的气体压力。
(R-5)开始给进片状衬底压力稳定后,将产生等离子体所用的RF或MW功率提供给各个淀积室,从而制造出具有例如3个在片状衬底上以一个接一个的叠层方式形成的pin结构。
(R-6)在整个衬底卷上形成光电器件后,关闭等离子体放电。然后关闭气门5201中提供的压力阀(由橡胶以盘状形式制成以保持真空隔离)。在将氮气提供到用于给进片状衬底的装载室5010时,漏出该室。将另一片状衬底卷放置于装载室5010中,将该片状衬底的一端焊接到由上述压力阀挤压的片状的衬底的一端。
(R-7)关闭装载室5010并抽到给定压力。打开压力阀,再次开始等离子体放电以在衬底上形成光电器件。同时,开始给进片状衬底。重复进行上述工艺步骤直到在片状衬底卷上形成具有如图3或图4所示的结构的光电器件。
下面详细描述依据本发明的光电器件的每一层。
〔衬底(图1或图2所示器件中的100,图3或图4所示器件中的200)〕
期望本发明所使用的衬底材料具有合适的机械强度和电导电性,并且当它被加热到薄膜淀积所需温度时不应有过度的形变或应变,而且,也期望在衬底和反射层或反射增强层之间不会发生因进行淀积反射层和反射增强层后氢等离子体所引起的粘结性能的下降。
更准确的说,优选衬底材料的实例包括:由金属材料例如不锈钢,铝,铝合金,铁,铁合金,铜,铜合金等制成的薄膜;这些金属材料的组合;用不同的薄金属膜和/或诸如SiO2,Si3N4,Al2O3,AlN的绝缘薄膜涂敷的上述材料的任意一种,其中,涂敷可以使用溅射,汽相淀积或电镀来进行;薄层抗热树脂如聚酰亚胺,聚酰胺,聚乙烯对苯二甲酸和环氧树脂;上述薄层抗热树脂的任意一种和纤维材料如玻璃纤维,碳纤维,硼纤维以及金属纤维的组合,其中,材料表面用溅射,汽相淀积或电镀涂敷导电薄膜如金属元素,金属合金或透明及导电氧化物。
衬底厚度最好尽可能的薄以降低成本并将体积减少到可以提供充分的机械强度以便在衬底的薄膜淀积工艺或转运工艺中受到弯曲时不易折断的范围。更准确的说衬底厚度较好位于0.01-5mm,更好为0.02-2mm,最好为0.05-1mm的范围内。尤其,最好使用薄金属膜,因为这样可获得很薄的薄膜,同时保持了充分的机械强度。
对衬底的宽度没有特别的限制,可根据真空室的尺寸和其它因素合适的选择。
对衬底的长度也没有限制。可使用卷型的长衬底和通过焊接将多个长衬底连接而成的更长形式的衬底。
本发明中,只对衬底进行短时间的加热和冷却,因此沿衬底转运移动方向的热传导应最好可能地小。另一方面,又期望在衬底的厚度方向具有良好的热传导于是衬底表面可以被迅速地加热和冷却。
在厚度方向上具有良好热传导和在移动方向上具有小的热传导的一个简单方法是使用薄衬底。如果假定使用的是均匀厚度的衬底,热导率和厚度的积较好为1×10-1W/K或更小,最好为0.5×10-2W/K或更小。
〔反射层(图1或图2中的101,图3或图4中的201)〕
适用于反射层的材料的实例包括金属如Ag,Au,Pt,Ni,Cr,Cu,Al,Ti,Zn,Mo和W,以及这些金属的合金,其中,可以通过汽相淀积,电子束汽相淀积或溅射用任一这些材料将反射层形成为薄膜形状。应该这样形成薄金属膜以使该膜不会成为光电半导体器件的大串联电阻。为此,反射层的薄膜电阻应较好为50Ω或更低,更好为10Ω或更低。
尤其是,以Ag或Al-Si合金为主要成分的材料适合用作反射层的材料。如果使用这种材料,制出的反射层表面不规则,这将改进约束光。当使用Al-Si合金时,合金中Si含量最好为5-20%。
〔反射增强层(图1或图2中的102,图3或图4中的202)〕
本发明中反射增强层(实际为一透明导电层)允许半导体层吸收更大量的入射光如太阳辐射或日光灯的照射。为了上述目的,期望反射增强层的发射度为85%或更高。另外,期望反射增强层的薄膜电阻为100Ω或更低以便不致成为光电器件的大的串联电阻。适用于该目的的材料的实例为金属氧化物如SnO2,In2O3,ZnO,CdO,Cd2SnO4,ITO(In2O3+SnO2)等。在这些材料中,ZnO尤其适合于形成具有不连续表面的反射增强层,该表面上具有不均匀的反射率。
当使用ZnO或类似材料作为反射增强层材料的情况下,期望层中含有金属元素如Ag,Ni,Fe,Cr,或Cu。反射增强层中这种金属的含量最好为10-10000ppm的范围内。如果金属含量低于10ppm,金属不会产生任何作用。另一方面,如果金属含量高于10000ppm,反射增强层和半导体层之间的粘结就会很差。因此,所添加的适量金属将改进反射增强层与顶部半导体层的粘结性,同时也将减少整个器件和器件中的串联电阻。
期望反射增强层具有这样一种厚度,该厚度可提高反射率。可使用各种工艺来形成反射增强层。它们包括阻性加热汽相淀积,电子束汽相淀积,溅射和喷镀工艺。
反射增强层也可以用包含上述氧化物的成分元素的金属的靶通过反应溅射来形成。
〔中间层(图2的199,图4的299)〕
本发明中中间层可提供于反射层和衬底之间以改进衬底和反射层之间的粘结。中间层的厚度最好位于1-100nm的范围内,虽然最佳厚度依赖于所用的材料。
例如,氧化锌适于形成中间层。在不锈钢和Ag分别用于衬底和反射层材料的情况下,氧化锌特别适于大幅度地改善衬底与反射层之间的粘结。氧化锌的中间层的粒面尺寸最好为100nm或更小。如果粒面尺寸大于100nm,粘结很差。当中间层由氧化锌形成时,最好以0.1-20nm/s的淀积速率形成该层。
通常,金属衬底的表面涂敷有氧化物。因此,如果用氧化物作为中间层,中间层相对于衬底会表现出良好的粘结性。在这一意义上,氧化锌是一种优良的材料。
为了在中间层和由金属构成的反射层之间获得良好的粘结性,期望氧化锌中间层中氧含量随着位置与衬底的界面处到与反射层的界面处的变化而下降。
最好氧化锌中间层包含金属元素如Ag,Ni,Fe,Cr或Cu。中间层中这种金属的含量最好位于10-10000ppm的范围内,以便在衬底和反射层之间获得良好的粘结性和减小器件的串联电阻。如果金属含量为10ppm或更低,金属不会产生充分的作用。另一方面,如果金属含量大于10000ppm,粘结很差。而且,期望金属在中间层中以下述方式分布,即,衬底附近的金属含量高于另一面的金属含量。
Al-Si合金也适于用作中间层的材料。特别,当不锈钢和Ag分别用作衬底和反射层的材料时,由Al-Si合金构成的中间层将极大地改进反射层和衬底之间的粘结性。由Al-Si合金构成的中间层的粒面尺寸最好为100nm或更低。如果里面尺寸大于100nm,粘结很差。当中间层由Al-Si合金形成时最好以0.1-20nm/s的淀积速率形成该层。如上所述,当中间层形成于衬底上时,衬底温度最好保持在30-500度的范围内。以上述条件形成的中间层将改进下面的层或衬底与上面的层或反射层之间的粘结性。而且,中间层将减小所制成的器件的串联电阻。
在衬底表面被有机材料或类似材料污染的情况下,中间层最好以更高的温度进行淀积。最好在淀积工艺过程中开始淀积中间层之后逐渐降低衬底的温度。
〔i型半导体层(图1或图2的104,图3或图4的204)〕
本发明中,pin结构中的i型半导体层在响应光照射的载流子产生和产生的载流子输运中发挥着重要作用。i型半导体层在由包含IV族元素或IV族元素的合金的非晶半导体材料制成的光电器件中尤其重要。
本发明中,术语“i型层”不仅表示i型半导体层而且也表示那些轻微表现出p或n型特性的半导体层。用作i型层的轻微p型或n型半导体材料可将氢原子(H,D)或者卤素原子(X)混入非晶半导体材料中形成。正如以后将详细描述的那样,混入的原子发挥着重要作用。
i型层中的悬挂键为包括在i型层中的氢原子(H,D)或者卤素原子(X)所补偿。结果,i型层中载流子迁移率和寿命的乘积增加了。而且,存在于p型层和i型层之间,或者n型层和i型层之间界面处的界面态也为氢或卤素原子所补偿,这样就增加了光电器件的光电电动势和光电流,改进了光响应特性。包括在i型层中的氢原子和/或卤素原子的浓度最好位于1-40原子%。尤其是,氢原子和/或卤素原子最好按以下方式分布,即,它们在p型层和i型层之间的界面附近或者在n型层与i型层之间的界面附近的浓度大于体区域中的浓度。更准确地说,上述浓度最好位于体区域中浓度的1.1到2倍的范围内。氢原子和/或卤素原子的浓度最好根据Si原子的浓度改变。
在依据本发明的具有多个pin结构的光电半导体器件中,pin结构最好以下述方式形成,即,最靠近光入射面的i型层具有最大带隙,并且带隙随着i型层相对于入射面的位置而下降。具有较宽带隙的i型层可由非晶硅或非晶碳化硅形成。具有较窄带隙的i型层可用非晶锗硅获得。
非晶硅和非晶锗硅的实例为a-Si:H,a-Si:F,a-Si:H:F,a-SiGe:H,a-SiGe:F,a-SiGe:H:F,其中,H和F是用于悬挂键的补偿元素。当用非晶锗硅形成i型层时,锗的浓度最好在i型层的厚度方向上加以改变。尤其是,最好锗的浓度朝向n型和/或p型层的方向连续下降。层中锗浓度的分布可以通过控制包含锗的气体的流速与源气体的总流速的比率来加以改变。
当使用MW等离子体CVD方法形成i型层时,i型层中的锗浓度也可以通过变化作为源气的运载气体的氢气的流速来加以改变,另外,也改变了上述方法中包含锗的气体的流速。例如,如果增加作为运载气体的氢气的流速,那么将增加淀积层(i型层)中的锗浓度。
尤其是,在依据本发明的光电半导体器件中,pin结构中的i型层最好由具有光带隙(Eg)位于1.60-1.85eV范围内,氢浓度位于1.0%到25.0%范围内,光导率(σp)在AM1.5(100mW/cm2)的准光照射条件下为1.0×10-5S/cm或更高,暗电导率(σd)为1.0×10-9S/cm或更低,用恒定光电流方法(CPM)测量的厄拜(Urbach)尾梯度为55meV,以及态密度为1×1017/cm3或更低的氢化非晶硅(a-Si:H)形成。
另外,在依据本发明的光电半导体器件中当使用非晶锗硅形成具有相当窄带隙的i型层时,最好光带隙位于1.20-1.60eV的范围内,氢浓度位于1.0%-25.0%的范围内,用恒定光电流方法(CPM)测量的厄拜(Urbach)尾梯度为55meV,态密度为1×1017/cm3或更低。
在本发明的光电器件中,i型层最好淀积如下。非晶半导体层最好用RF等离子CVD,VHF或MW等离子CVD方法淀积。
当用RF等离子CVD方法形成i型层时,衬底温度最好在100℃-350℃,淀积室压力最好为0.05乇-10乇,RF功率源的频率最好为1MHz-50MHz,尤其希望选择13.56MHz。输入淀积室内功率的大小最好为0.01-5W/cm2。当用RF功率源时,衬底的自偏置最好在0-300V。
当用VHF等离子CVD方法时,衬底温度最好在100℃-450℃,淀积室压力最好为0.0001乇-1乇,VHF功率源的频率最好为60MHz-99MHz。输入淀积室内的VHF功率最好为0.01-1W/cm2。衬底的自偏置电压最好为10-1000V。如果将附加的DC或RF功率源引入淀积室叠加在VHF功率源上或者另外通过独立的偏置杆引入,可改进非晶淀积层的质量。当附加的DC偏置通过偏置杆引入时,加于偏置杆上的DC偏置最好使偏置杆的电势为正。如果DC偏置直接加于衬底,加于衬底的DC偏置最好使衬底的电势为负。在附加RF偏置的情况下,RF电极面积最好小于衬底面积。
当利用MW等离子CVD方法时,衬底温度最好为100℃-450℃,淀积室压力最好为0.0001乇-0.05乇,MW功率源的频率最好为100MHz-10GHz,尤其希望选择2.45GHz。引入淀积室内的MW功率大小最好为0.01-1W/cm2。通过波导将MW功率源引入淀积室内更好。如果将附加的DC或RF功率源引入沉积室叠加在MW功率源上或者另外通过独立的偏置杆引入,可改进淀积的非晶层质量。当附加的偏置通过偏置杆引入时,加于偏置杆上的DC偏置最好使偏置杆的电势为正。如果DC偏置直接加于衬底,加于衬底的DC偏置最好使衬底的电势为负。在加RF偏置的情况下,RF电极面积最好小于衬底面积。
在本发明中,最好用硅烷基源气例如SiH4、SiH6、SiF4、SiF2H2来制备i型层。为了得到带隙较宽的i型层,最好在上述硅烷基源气中加入适量的碳、氮或氧气。此时,引入的碳、氮或氧在i型层中并非等量分布,而最好在其中靠近P型层和/或n型层处较其它部位有更高的浓度,从而不使i型层中的载流子迁移率下降而增加开路电压。
对于含碳气体,最好用CnH2n+2、CnH2n或C2H2(n为正整数)。对于含氮气体,最好用N2、NO、N2O、NO2或NH3。对于含氧气体,最好用O2、CO2或O3。也可用这些气体的组合。为获得较宽带隙而加入源气的上述气体的浓度最好为0.1%-50%。
在i型层中可包含附加的III族和/或V族元素以进一步改进器件的特性。例如适合于此目的的三族元素有B、Al、Ga等。最好利用B2H6或BF3使i型层中加入B。合适的V族元素包含N、P、As等。最好用PH3使i型层中加入P。在i型层中的III族和/或V族元素的浓度最好为0.1ppm-1000ppm。
若i型层制备成使其包含一个n/i缓冲层或一个P/i缓冲层(各1或2中151、161,图3中251、261、252、262),可改进光电器件的特性。缓冲层可用与上述制备i型层相同的方法来制备。然而缓冲层的淀积速率最好低于i型层的淀积速率。而且,缓冲层最好制备成一个其带隙较i型层带隙更宽的半导体层。其带隙最好从i型层向缓冲层连续而平滑地变化。利用在硅基非晶半导体层中增加锗的浓度可使缓冲层的带隙连续减小。另一方面,利用在硅基非单晶半导体层中增加碳、氧和/或氮的浓度可使带隙连续地增加。最狭带宽对最宽带宽的比值最好为1.01-1.5。
当缓冲层中引入III族和/或V族元素时,最好将III族元素作为加入n/i缓冲层的元素,以及最好将V族元素作为加入P/i缓冲层的元素,上述选择可防止由于杂质由n型层和/或P型层向i型层中的扩散而引起对i层的破坏。
〔P型和N型半导体层(图1或2中103、105,图3或4中203、205)〕
P型层和N型层对于获得本发明优良特性的光电器件是重要的。P型和N型半导体层最好为非晶或多晶材料。
此处用来描述制备P型和N型半导体层的众多材料的名称“非晶材料”也包括微晶材料,其中非晶材料可用前置“a-”及随后的材料名表示,而微晶材料可用前置“μC-”及随后的材料名表示。其特定例子包括a-Si:H,a-Si:Hx,a-SiC:H,a-SiC:HX,a-SiGe:H,a-SiGeC:H,a-SiO:H,a-SiN:H,a-SiON:HX,a-SiOCN:HX,μC-Si:H,μC-SiC:H,μC-Si:HX,μC-SiC:HX,μC-SiGe:H,μC-SiO:H,μC-SiGeC:H,μC-SiN:H,μC-SiON:HX,μC-SiOCN:HX,其中这些材料重掺P型杂质(B、Al、Ga、In、Tl等III族元素)或重掺n型杂质(P、As、Sb、Bi等V族元素)。
用来制备P型和n型层的多晶材料(由前置“Poly-”及材料名表示)包括Poly-Si:H,Poly-Si:HX,Ploy-SiC:H,Poly-SiC:HX,Poly-SiGe:H,Poly-Si,Poly-SiC,Poly-SiGe,这些材料重掺P型杂质(B、Al、Ga、In、Tl等III族元素)或重掺n型杂质(P、As、Sb、Bi等V族元素)。
吸收较少量光的一个晶体半导体层或一个具有宽带隙的非晶半导体层特别适合于作为沉积於光入射表面附近的P型或n型层。
P型层中III族元素和n型层中V族元素的浓度范围为0.1-50原子%。
在P型或n型层中加入氢(H,D)或卤素原子用来补偿P型或n型层中的悬挂键以增加P型或n型层的掺杂效率。加入P型或n型层中的氢或卤素原子浓度范围最好为0.1-40原子%。特别是对于晶体材料P型或n型层,氢或卤素原子的浓度范围最好为0.1-8原子%。
而且,在P型或n型层中氢或卤素原子的加入最好使接近P型层与i型层之间界面或接近n型层与i型层之间界面处具有较大的浓度。更具体地说,接近这一界面处的氢或卤素原子浓度最好为体区域浓度的1.2-2倍。在P/i或n/i界面处的较大的氢或卤素原子的浓度可降低接近界面处的缺陷密度或应力从而导致光伏半导体器件光电动势及光电流的增加。
光电器件的P型和N型层最好由激活能为0.2eV或更小的材料制成,而≤0.1eV更好。材料的特定电阻最好≤100Ωcm,而≤1Ωcm更好。P型或n型层的厚度最好为1-50nm,而3-10nm更好。
尽管可采用RF等离子CVD方法,但微波等离子CVD方法最适合于制备作为本发明光电器件中半导体层的IV族元素或IV族元素基合金非晶半导体层。
在MW等离子CVD方法中,将源气和载气引入抽空至一定压力的淀积室中。由MW功率源发生的MW功率沿波导转运并通过一介质窗口(由例如氧化铅陶瓷材料制作)引入淀积室使气体被激发至等离子态因而在衬底上淀积所需的薄膜。在此方法中,可以有较宽范围的淀积条件,故可沉积半导体光电器件所需的各种膜。
作为适用于淀积IV族元素层或IV族元素基合金非晶半导体层的源气体的例子有含硅气态化合物,含锗气态化合物,含碳气态化合物,含氮气态化合物,含氧气态化合物及这些化合物的混合气体。
作为含硅气态化合物的例子是具有环或链状结构的硅烷化合物,它们是SiH4、SizH6、SiF4、SiFH3、SiF2H2、SiF3H、Si3H8、SiD4、SiHD3、Si-HzD2、SiH3D、SiFD3、SiF2D2、SiD3H、Si2D3H3、(SiF2)5、(SiF2)6、(SiF2)4、Si2F6、Si3F8、Si2H2F4,Si2H3F3、SiCl4、(SiCl2)5、SiBr4、(SiBr2)3、Si2Cl6、SiHCl3、SiH2Br2、SiH2Cl2、Si2Cl3F3等,通常条件下它们为气态或容易形成蒸气。
含锗气态化合物的特定例子有GeH4、GeD4、GeF4、GeFH3、GeF2H2、GeF3H、GeHD3、GeH2D2、GeH3D、Ge2H6、Ge2D6等。
含碳气态化合物的特定例子有CH4,CD4,CnH2n+2(n为正整数)、CnH2n、C2H2、C6H6、CO2、CO等。
含氮气态化合物的特定例子有N2、NH3、ND3、NO、NO2、N2O等。
含氧气态化合物的特定例子有O2、CO、CO2、NO、NO2、N2O、CH3CH2OH、CH3OH等。
在实际淀积工艺中,上述气态化合物可稀释於其它所需的例如H2、He、Ne、Ar、Xe、Kr等气体中。
周期表中的III和V族元素最好引入P型或n型层以控制价电子。
可以从诸如B2H6、B4H10、B5H9、B5H11、B6H10、B6H12、B6H4等硼的氢化物中将III族元素硼引入层中,或从诸如BF3、BCl3等硼的卤化物中将硼引入层中。而且,为了同样目的也可使用诸如AlCl3、GaCl3、InCl3等化合物气体。上述化合物中最好用B2H6和BF3。
可以从诸如PH3、P2H4等磷的氢化物或诸如PH4I、PF3、PF5、PCl3、PCl5、PBr3、PBr5、PI3等磷的卤化物中将V族元素磷引入层中。而且,为了同样目的也可使用诸如AsH3、AsF3、AsCl3、AsBr3、AsF5、SbH3、SbF3、SbF5、SbCl3、SbCl5、BiH3、BiCl3、BiBr3等。上述化合物中最好用PH3和PF3。
特别是当使用吸收少量光或具有宽带隙的微晶半导体或a-SiC:H作为淀积层时,源气体最好在氢气中经2-100倍稀释并且最好将较高的MW或RF功率引入淀积室。
〔透明电极(图1或2中112,图3或4中212)〕
希望透明电极的透射率≥85%以便使诸如太阳辐射或日光萤光灯辐射的大部分入射光被半导体层吸收。而且,希望透明电极的薄层电阻≤100Ω以便使它不致成为半导体光电器件的主要串联电阻。为此目的而适用的材料例子有诸如SnO2、In2O3、ZnO、CdO、Cd2SnO4、ITO(In2O3+SnO2)等氧化物金属和诸如Au、Al、Cu等金属,将它们淀积成很薄的半透明膜。
所选择的透明电极的厚度能满足抗反射条件。透明电极可用电阻加热气相淀积,电子束气相淀积、溅射、喷镀等方法制备,然而最优选的方法依赖于所用材料的特性。
〔收集极电极(图1或2中113,图3或4中213〕
根据本发明的光电器件中,收集极电极最好由充银的环氧树脂粘胶利用网板印刷法或由诸如Cr、Ag、Au、Cu、Ni、Mo、Al等金属利用通过掩膜的气相淀积法制备。收集极电极也可利用通过充碳或充银的环氧树脂粘胶将诸如Cu、Au、Ag、Al等金属丝固定於光电器件的表面而制备。
可将多个半导体光电器件彼此串联或并联连接以获得所需的输出电压或输出电流。此时,在每个半导体光电器件的表面和背面上制备保护层,并制备所需的输出电极。当多个半导体光电器件串联时,在电路中可能要接入反向电流保护二极管。
本发明以下将举例详细描述利用制备光反射层,反射增强层及其它附加层和制备非单晶硅型半导体层来生产光电器件。本发明决不限于这些。
例A1
在本例中,示于图1中构成器件的光反射层101和反射增强层102是用示於图5的多室分离系统制造装置来制备的。
其生产过程将按其程序描述如下。通过气体转运管将一个原料气体转运系统(未示出)接至图5所示的装置。所有原料气筒都被净化至超高净。一个氢气筒、一个氩气筒和一个氦气瓶如原料气筒那样与装置连接。用Ag和ZnO作为提供真空溅射的靶材料。
对于衬底(图1中100),用厚0.5mm和50×50mm2的不锈钢片,将它放在丙酮和异丙醇中进行超声清洗,接着用热空气进行干燥。将DC功率源325接入作为溅射功率源。利用DC磁控溅射在衬底表面上制备Ag光反射层101。然后进行后续工艺。
以上的制造工艺参照图5按其程序描述如下:
(1)将已清洗的衬底390(相当于图1中100)放于在装载室301中的衬底转运轨道313上,装载室301内部利用真空泵(未示出)抽至压力约为1×10-5乇。
(2)打开阀门306将衬底送入预先用真空抽气泵抽空的转运室302和淀积室320。放置衬底390使其背面与衬底加热器310紧密接触,并以15℃/sec的速率升温使衬底温度达到290℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室320抽空至约3×10-6乇。
(3)通过气体转运管324将50SCCm流量的Ar气送入,运用导阀(未示出)以控制压力为6毫乇。电流流至环形线圈323,从溅射电源325加上380V直流电源以引起Ar等离子。
(4)打开靶栏326,在不锈钢片表面上制备厚度为0.8μm的Ag光反射层101,於是关闭靶栏326使等离子熄灭。
(5)使衬底加热器310上升,衬底温度以5℃/sec的降温速率在一个大气压的作为衬底冷却气体的氦气中降至≤100℃。此后,打开阀门307将衬底送入预先用真空泵(未示出)抽空的转运室303和淀积室330。放置衬底390使其背面与衬底加热器311紧密接触,并以20℃/sec的速率升温使衬底温度达到290℃。然后用真空抽气泵(未示出)将淀积室330抽空至约2×10-6乇。
(6)通过气体转运管334将60SCCm流量的Ar气送入,运用导阀(未示出)以控制压力为6mC。电流流至环形线圈333,以溅射电源335加上380V直流电源以引起Ar等离子体。接着打开靶栏336,在Ag光反射层101表面上制备厚度为1.5μm的ZnO反射增强层102,於是关闭靶栏336使等离子熄灭。
(7)使衬底加热器311上升,衬底温度以5℃/sec的降温速率在一个大气压的作为衬底冷却气体的氦气中降至≤100℃。此后,打开阀门308将衬底送入预先用真空泵(未示出)抽空的取片室304。
这样,根据本例子完成了光反射层和反射增强层(以后统称为“光反射层”)的制备。具有这种光反射层的样品名为“SA1”。
参考例A1-1
此例与例A1的差别仅在于当制备Ag光反射层101时的衬底温度为150℃。除了这一点,重复例A1的程序来生产样品。此例具有光反射层的样品名为“SA1-1”。
参考例A1-2
此例与例A1的差别在于当制备Ag光反射层101时的衬底温度为550℃。除了这一点,重复例A1的程序来生产样品。此例具有光反射层的样品名为“SA1-2”。
参考例A1-3
此例与例A1的差别仅在于制备Ag光反射层后,在制备ZnO反射增强层时无需将衬底温度降至≤100℃这一步骤。除了这一点,重复例A1的程序来生产样品。此例具有光反射层的样品名为“SA1-3”。
参考例A1-4
此例与例A1的差别仅在于当制备ZnO反射增强层102时的衬底温度为150℃。除了这一点,重复例A1的程序来生产样品。此例具有光反射层的样品名为“SA1-4”。
参考例A1-5
此例与例A1的差别仅在于当制备ZnO反射增强层102时的衬底温度为450℃。除了这一点,重复例A1的程序来生产样品。此例具有光反射层的样品名为“SA1-5”。
对于具有上述光反射层,即SA1和SA1-1-SA1-5的六类样品的每一种制备了4个样品。对于这些样品的光反射层进行了光散射能力测量并估算得全反射率与漫反射率,其结果示於表A1。
用一个光谱光度计(东芝公司制造的U-4000光谱光度计)测量光反射能力,并在800nm处的全反射率与漫反射率。示於表A1的全反射率与漫反射率的结果是基于将样品SA1的结果作为1而对SA1-1-SA1-5的所有样品的结果进行标准化而得到的。
表A1 样 品 SA1 SA1-1 SA1-2 SA1-3 SA1-4 SA1-5 全反射率 1.00 1.00 0.98 0.81 0.92 0.89 漫反射率 1.00 0.60 0.92 0.84 0.79 0.91
由表A1结果可见具有例A1的光反射层的样品SA1较其它所有具有5个参考例的光反射层的样品SA1-1-SA1-5有更优异的反射性能。
例A2
此例与例A1的差别在于制造光反射层时用氢气替代氦气作为衬底冷却气体。
在本例中,与例A1相同,构成示于图1中器件的光反射层101和反射增强层102也是用示於图5的多室分离系统的制造装置来制备的。
它们的生产工艺将在下面按其程序来描述。通过气体转运管将原料气体转运系统(未示出)接至示於图5的装置。所有原料气筒都被净化至超高净。一个氢气筒,一个氩气筒和一个氦气瓶如原料气筒那样与装置连接。用Ag和ZnO作为提供真空溅射的靶材料。
对于衬底(图1中100),用厚0.5mm和50×50mm2的不锈钢片,将它放在丙酮和异丙醇中进行超声清洗,接着用热空气进行干燥。将DC功率源325接入作为溅射功率源,利用DC磁控溅射在衬底表面上制备Ag光反射层101。然后进行后续工艺。
以上的制造工艺参照图5按其程序描述如下:
(1)将已清洗的衬底(相当于图1中100)放于装载室301中的衬底转运轨道313上,装载室301内部利用真空泵(未示出)抽至压力约为1×10-5乇。
(2)打开阀门306将衬底送入预先用真空抽气泵(未示出)抽空的转运室302和淀积室320。放置衬底390使其背面与衬底加热器310紧密接触,并以20℃/sec的速率升温使衬底温度达到270℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室320抽至约3×10-6乇的压力。
(3)通过气体转运管324将70ccm流量的Ar气送入,运用导阀(未示出)以控制压力为4毫乇。电流流至环形线圈323,从溅射电源325加上400V直流电源以引起Ar等离子。
(4)打开靶栏326,在不锈钢片表面上制备厚度为0.7μm的Ag光反射层101,於是关闭靶栏326使等离子熄灭。
(5)使衬底加热器310上升,衬底温度以5℃/sec的降温速率在一个大气压的作为衬底冷却气体的氢气中降至≤100℃。此后,打开阀门307将衬底送入预先用真空泵(未示出)抽空的转运室303和淀积室330。放置衬底390使其背面与衬底加热器311紧密接触,并以25℃/sec的升温速率使衬底温度达到320℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室330抽空至约2×10-6乇的压力。
(6)通过气体转运管334将60SCCm流量的Ar气送入,运用导阀(未示出)以控制压力为5毫乇。电流流至环形线圈333,从溅射电源335加上390V直流电源以引起Ar等离子。接着打开靶栏336,在Ag光反射层101表面上制备厚度为2μm的ZnO反射增强层102,於是关闭靶栏336使等离子熄灭。
(7)使衬底加热器311上升,衬底温度以25℃/sec的降温速率在一个大气压的作为衬底冷却气体的氢气中降至≤100℃。此后,打开阀门308将衬底送入预先用真空泵(未示出)抽空的取片室304。
这样,根据本例子完成了光反射层和反射增强层的制备。具有这种光反射层的样品名为“SA2”。
参考例A2-1
此例与例A2的差别在于制备Ag光反射层后,在制备ZnO反射增强层时无需将衬底温度降至≤100℃这一步骤。除了这一点,重复例A2的程序来生产样品。此例具有光反射层的样品名为“SA2-1”。
对于具有上述光反射层,即SA2和SA2-1的二类样品的每一种制备了4个样品。对于这些样品的光反射层,以与例A1中同样的方法进行了光反射能力的测量并估算得全反射率和漫反射率,其结果示於表A2。
示於表A2的全反射率和漫反射率的结果是基于将样品SA2的结果作为1而对样品SA2-1的结果进行标准化而得到的。
表A2 样 品 SA2 全反射率 1.00 漫反射率 1.00 SA2-1 0.78 0.82
由表A2结果可见具有例A2的光反射层的样品SA2与制成光反射层后无需将衬底温度冷却至≤100℃这一步骤的参考例样品SA2-1相比有更优异的反射性能。还可发现用氢气作为衬底冷却气体是有效的。
例A3
此例与例A1的差别在于制造光反射层时用氩气代替氦气作为衬底冷却气体。
与例A1相同,构成示於图1中器件的光反射层101和反射增强层102也是用示於图5的多室分离系统的制造装置来制备的。
它们的生产工艺将在下面按其程序来描述。通过气体转运管将原料气体转运系统(未示出)接至示於图5的装置。所有原料气筒都被净化至超高净。一个氢气筒、一个氩气筒和一个氦气筒如原料气筒那样与装置连接。用Ag和ZnO作为提供真空溅射的靶材料。
对于衬底(图1中100),用厚0.5mm和50×50mm2的不锈钢片,将它放在丙酮和异丙醇中进行超声清洗,接着用热空气进行干燥。将DC功率源325接入作为溅射功率源,利用DC磁控溅射在衬底表面上制备Ag光反射层101。然后进行后续工艺。
以上的制造工艺参照图5按其程序描述如下:
(1)将已清洗的衬底(相当于图1中100)放于装载室301中的衬底转运轨道313上,装载室301内部利用真空泵(未示出)抽至压力约为1×10-5乇。
(2)打开阀门306将衬底送入预先用真空抽气泵(未示出)抽空的转运室302和淀积室320。放置衬底390使其背面与衬底加热器310紧密接触,并以30℃/sec的速率升温使衬底温度达到330℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室320抽至约为3×10-6乇的压力。
(3)通过气体转运管324将30SCCm流量的Ar气送入,运用导阀(未示出)以控制压力为3毫乇。电流流至环形线圈323,从溅射电源325加上370V直流电源以引起Ar等离子。
(4)打开靶栏326,在不锈钢片表面上制备厚度为0.6μm的Ag光反射层101,於是关闭靶栏326使等离子熄灭。
(5)使衬底加热器310上升,衬底温度以3℃/sec的降温速率在一个大气压的作为衬底冷却气体的氩气中降至≤100℃。此后,打开阀门307将衬底送入预先用真空泵(未示出)抽空的转运室303和淀积室330。放置衬底390使其背面与衬底加热器311紧密接触,并以10℃/sec的升温速率使衬底温度达到335℃。然后用真空抽气泵(未示出)将淀积室330抽空至约为2×10-6乇的压力。
(6)通过气体转运管334将30SCCm流量的Ar气送入,运用导阀(未示出)以控制压力为4毫乇。电流流至环形线图333,从溅射电源335加上380V直流电源以引起Ar等离子。接着打开靶栏336,在Ag光反射层101表面上制备厚度为1μm的ZnO反射增强层102,於是关闭靶栏336使等离子熄灭。
(7)使衬底加热器311上升,衬底温度以4℃/sec的降温速率在一个大气压的作为衬底冷却气体的Ar气中降至≤100℃。此后,打开阀门308将衬底送入预先用真空泵(未示出)抽空的取片室304。
这样,根据本例子完成了光反射层和反射增强层的制备。具有这种光反射层的样品名为“SA3”。
参考例A3-1
此例与例A3的差别在于制备Ag光反射层101后,在制备ZnO反射增强层102时无需将衬底温度降至≤100℃这一步骤。除了这一点,重复例A3的程序来生产样品。此例具有光反射层的样品名为“SA3-1”。
对于具有上述光反射层,即SA3和SA3-1的二类样品的每一种制备了5个样品。对于这些样品的光反射层,以与例A1中同样的方法进行了光反射能力的测量并估算得全反射率和漫反射率,其结果示於表A3。
示於表A3的全反射率和漫反射率的结果是基于将样品SA3的结果作为1而对样品SA3-1的结果进行标准化而得到的。
表A3 样 品 SA3 SA3-1 全反射率 1.00 0.76 漫反射率 1.00 0.84
由表A3结果可见具有例A3的光反射层的样品SA3与制成光反射层后无需将衬底温度冷却至≤100℃这一步骤的参考例样品SA3-1相比有更优异的反射性能。还可发现用Ar气作为衬底冷却气体是有效的。
例A4
此例与例A1的差别在于制造反射增强层102时用Ar和O2气的组合来取代衬底Ar气。
与例A1相同,构成示於图1中器件的光反射层101和反射增强层102也是用示於图5的多室分离系统的制造装置来制备的。
它们的生产工艺将在下面按其程序来描述。通过气体转运管将原料气体转运系统(未示出)接至示於图5的装置。所有原料气筒都被净化至超高净。一个氢气筒、一个氩气筒和一个氦气筒如原料气筒那样与装置连接。用Ag和ZnO作为提供真空溅射的靶材料。
对于衬底(图1中100),用厚0.5mm和50×50mm2的不锈钢片,将它放在丙酮和异丙醇中进行超声清洗,接着用热空气进行干燥。将DC功率源325接入作为溅射功率源,利用DC磁控溅射在衬底表面上制备Ag光反射101。然后进行后续工艺。
以上的制造工艺参照图5按其程序描述如下:
(1)将已清洗的衬底(相当于图1中100)放于装载室301中的衬底转运轨道313上,装载室内部利用真空泵(未示出)抽至压力约为1×10-5乇。
(2)打开阀门306将衬底送入预先用真空抽气泵(未示出)抽空的转运室302和淀积室320。放置衬底390使其背面与衬底加热器310紧密接触,并以10℃/sec的速率升温使衬底温度达到370℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室320抽至约3×10-6乇的压力。
(3)通过气体转运管324将25SCCm流量的Ar气送入,运用导阀(未示出)以控制压力为3毫乇。电流流至环形线圈323,从溅射电源325加上370V直流电源以引起Ar等离子。
(4)打开靶栏326,在不锈钢片表面上制备厚度为0.5μm的Ag光反射层101,於是关闭靶栏326使等离子熄灭。
(5)使衬底加热器310上升,衬底温度以10℃/sec的降温速率在一个大气压的作为衬底冷却气体的氩气中降至≤100℃。此后。打开阀门307将衬底送入预先用真空泵(未示出)抽空的转运室303和淀积室330。放置衬底390使其背面与衬底加热器311紧密接触,并以13℃/sec的升温速率使衬底温度达到280℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室抽空至约为2×10-6乇的压力。
(6)通过气体转运管334将60SCCm流量的Ar气送入,也输入60SCCm流量的O2气。然后运用导阀(未示出)以控制压力为2毫乇。电流流至环形线圈333,从溅射电源335加上360V直流电源以引起Ar/O2等离子。接着打开靶栏336,在Ag光反射层101表面上制备厚度为1.3μm的ZnO反射增强层102,於是关闭靶栏336使等离子熄灭。
(7)使衬底加热器311上升,衬底温度以20℃/sec的降温速率在一个大气压的作为衬底冷却气体的He气中降至≤100℃。此后,打开阀门308将衬底送入预先用真空泵(未示出)抽空的取片室304。
这样,根据本例子完成了光反射层和反射增强层的制备。具有这种光反射层的样品名为“SA4”。
参考例A4-1
此例与例A4的差别在于制备Ag光反射层101后,在制备ZnO反射增强层102时无需将衬底温度降至≤100℃这一步骤。除了这一点,重复例A4的程序来生产样品。此例具有光反射层的样品名为“SA4-1”。
对于具有上述光反射层,即SA4和SA4-1的二类样品的每一种制备了4个样品。对于这些样品的光反射层,以与例A1中同样的方法进行了光反射能力的测量并估算得全反射率和漫反射率,其结果示於表A4。
示於表A4的全反射率和漫反射率的结果是基于将样品SA4的结果作为1而对样品SA4-1的结果进行标准化而得到的。
表A4 样品 SA4 SA4-1 全反射率 1.00 0.82 漫反射率 1.00 0.81
由表A4结果可见具有例A4的光反射层的样品SA4与制成光反射层后无需将衬底温度冷却至≤100℃这一步骤的参考例样品SA4-1相比有更优异的反射性能。
例A5
在此例中,以与例A1中的同样方法用一个具有光反射层101和反射增强层102的样品(底座部分),并用图9中所示具有一个多室分离系统的制造装置来生产示於图1的光电器件。
示于图9的装置400可完成MWPCVD(MW等离子辅助CVD)和RFPCVD(射频等离子辅助CVD)。根据图1所示的层结构,利用此装置在反射增强层102上制造半导体层(103,151,104,161,105)及其它层。
它们的生产工艺将在下面参照图9按其程序来描述。通过气体转运管将原料气体转运系统(未示出)接至示於图9的装置。所有材料气筒都被净化至超高净。一个SiH4气筒,一个CH4气筒,一个GeH4气筒,一个Si2H6气筒,一个PH3/H2(稀释:0.1%)气筒,一个B2H6/H2(稀释:0.2%)气筒,一个H2气筒,一个He气筒,一个SiCl2H2气筒以及一个SiH4/H2(稀释:1%)气筒如原料气筒那样与装置连接。
(1)将一个包括衬底并在其上生长了光反射层101和反射增强层102的底座部分490(相当于图1中的190)放于装载室401中的衬底转运轨道413上,装载室401内部利用真空泵(未示出)抽至压力约为1×10-5乇。
(2)打开阀门406将底座部分送入预先用真空抽气泵(未示出)抽空的转运室402和淀积室417。使底座部分490的背面与底座部分加热器410紧密接触以加热底座部分。然后用真空抽气泵(未示出)将淀积室417抽至压力约为1×10-5乇。
(3)用此法完成膜的制备后,通过气体输送管送入H2气。然后打开阀门441,431和430,用质量流量计436控制H2气流量为300SCCm。用导阀(未示出)控制淀积室417内部压力为1.0C。使用底座部分加热器410使底座部分温度达到350℃。
(4)当底座部分的温度达到稳定时制造由μC-Si组成的RF n型层103。
为了制造由μC-Si组成的RFμ型层103,运用阀门443,433,444和434并通过气体转运管将SiH4气和PH3/H2气送入淀积室417。用质量流量计438,436和439分别控制SiH4气,H2气和PH3/H2气的流量为2SCCm,100SCCm和200SCCm,淀积室417内部的压力控制在1.0乇。
接着,将RF功率源422的功率设定为0.05W/cm2,将RF功率馈至等离子形成腔420使辉光放电得以产生。这样便开始了在底座部分上制造RF n型层并制成厚度为20nm的RF n型层,於是关闭RF功率源以停止辉光放电,完成了RF n型层103的制造。使SiH4气,PH3/H2气和H2气停止流入淀积室417,将淀积室内部及气体管内抽空至1×10-5乇的压力。
随后,以如下的方法相继制造一个由a-Si组成的RF i型层151,一个由a-SiGe组成的MWi型层104,一个由a-Si组成的RF i型层161和一个由a-SiC组成的RFP型层105。
(5)首先打开阀门407将底座部分送入预先用真空泵(未示出)抽空的转运室403和i型层淀积室418。使底座部分的背面与底座部分加热器411紧密接触以加热底座部分。然后用真空泵(未示出)将i型层淀积室418抽至压力约为1×10-5乇。
(6)为了制造RF i型层(151),使用底座部分加热器411使底座部分温度达到300℃。在完成加热时,缓慢打开阀门464,454,450,463和453使Si2H6气和H2气通过气体转运管449流入i型层淀积室418。用质量流量计459和458分别控制Si2H6气和H2气的流量为4SCCm和110SCCm。利用调节导阀(未示出)的开启将i型层淀积室418内部的压力控制在0.7乇。
接着,将RF功率源424的功率设定为0.008W/cm2并加於偏置杆428使辉光放电得以产生,再打开挡栏427。这样便开始了在RFn型层上制造i型层并制成厚度为10nm的i型层,於是停止RF辉光放电并切断来自RF功率源的输出而完成了RF i型层151的制造。
关闭阀门464,454,453和450以停止Si2H6气和H2气流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418和气体管内部抽空至1×10-5乇的压力。
(7)为了制造MW i型层(104),使用底座部分加热器411使底座部分温度达到380℃。在完成加热时,缓慢打开阀门461,451,450,462,452,463和453使SiH4气、GeH4气和H2气通过气体转运管449流入i型层淀积室418。用相应的质量流量计456、457和458分别控制SiH4气、GeH4气和H2气的流量为50SCCm,35SCCm和150SCCm。利用对导阀(未示出)开启的调节将i型层淀积室418内部的压力控制在6毫乇。接着,将RF功率源424的功率设定为0.30W/cm2并加於偏置杆428。
随后将MW功率源(2.45GHz)(未示出)的功率设定为0.10W/cm2,通过波导426和MW引入窗口425将MW功率馈入i型层淀积室418使辉光放电得以产生,再打开挡栏427。这样便开始了在RF i型层上制造MWi型层并制成厚度为0.17μm的i型层,於是停止MW辉光放电并切断来自偏置功率源424的输出而完成了MWi型层104的制造。关闭阀门451,452和453以停止SiH4气,GeH4气和H2气流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418和气体管内部抽空至1×10-5乇的压力。
(8)为了制造RF i型层(161),使用底座部分加热器411使底座部分温度达到250℃。在完成加热时,缓慢打开阀门464,454,450,463和453使Si2H6气和H2气通过气体转运管449流入i型层淀积室418。用相应的质量流量计459和458分别控制Si2H6气和H2气的流量为3SCCm和80SCCm。利用对导阀(未示出)开启的调节将i型层淀积室418内部的压力控制在0.7乇。
接着,将RF功率源424的功率设定为0.007W/cm2并加於偏置杆428使辉光放电得以产生,再打开挡栏427。这样便开始了在MWi型层上制造RF i型层并制成厚度为20nm的i型层,於是停止RF辉光放电并切断来自RF功率源424的输出而完成了RF i型层161的制造。关闭阀门464,454,453和450以停止Si2H6气和H2气流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418和气体管内部抽空至1×10-5乇的压力。
(9)为了制造由a-SiC组成的RF P型层105,首先打开阀门408将底座部分送入预先用真空抽气泵(未示出)抽空的转运室404和P型层淀积室419。使底座部分的背面与底座部分加热器412紧密接触以加热底座部分。然后用真空抽气泵(未示出)将P型层淀积室419抽至压力约为1×10-5乇。
使用底座部分加热器412使底座部分温度达到230℃。当底座部分的温度达到稳定时,运用阀门481,471,470,482,472,483,473,484和474通过气体转运管469将H2气,SiH4/H2气,B2H6/H2气和CH4气送入淀积室419。用质量流量计476,477,478和479分别控制H2气,SiH4/H2气,B2H6/H2气和CH4气的流量为60SCCm,2SCCm,10SCCm和0.3SCCm,并利用对导阀(未示出)开启的调节将淀积室419内部的压力控制在2.0乇。
接着,将RF功率源423的功率设定为0.07W/cm2,将RF功率馈至等离子形成腔421使辉光放电得以产生。这样便开始了在i型层上制造RF P型层并制成厚度为10nm的RF P型层,於是关闭RF功率源以停止辉光放电,完成了RF P型层105的制造。
关闭阀门472,482,473,483,474,484,471,481和470。以停止SiH4/H2气,B2H6/H2气,CH4气和H2气流入P型层淀积室419,然后将P型层淀积室419和气体管内部抽空至1×10-5乇的压力。
(10)打开阀门409将底座部分送入预先用真空抽气泵(未示出)抽空的取片室405并打开一个漏阀(未示出)使气体从取片室405逸出。
(11)利用真空淀积在RF P型层105上淀积厚度为70nm的ITO作为透明导电层112。
(12)带有梳状窗口的掩模被置于透明导电层112上,且带有平坦结构的由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)组成的梳状收集极电极113用真空淀积的方法进行淀积。
这样就完成了本例的光电器件的制造。此处称这种光电器件为SCA5。
参考例A5-1
此例与例A5的不同之处在于采用了参考例A1-3的样品(底座部分),亦即,在例子中于制作Ag组成的光反射层101之后,不经过降低衬底温度至100℃或更低的步骤而制作了ZnO组成的反射增强层102。除了这一点,重复了例A5的生产过程以制造光电器件。此例的光电器件称为“SCA5-1”。
对于这二种光电器件(亦即SCA5和SCA5-1),各制备了六个器件。对这些光电器件的初始光电转换效率(光电电动势/入射光强度),具体地说是光电转换效率、短路电流和开路电压的特性进行了评估以获得表A5所示的结果。
初始光电转换效率特性的评估是使这样制造的光电器件接受AM1.5(100mW/cm2)的幅照并测其V-J特性。
示于表A5的对初始光电转换效率的评估结果的表示方法是在光电器件SCA5的结果(视其为1)的基础上对光电器件SCA5-1的结果进行标准化。
表A5 样品光电转换效率 短路电流 开路电压 SCA5 1.00 1.00 1.00 SCA5-1 0.89 0.94 0.95
从表A5所示结果可见,用本发明的工艺在例A5中得到的带有光反射层和反射增强层的光电器件SCA5,同时在初起光电转换效率的所有特性上都比光电器件SCA5-1更优越。
例A6
在此例中,用带有以与例A1相同的方法制作的光反射层101和反射增强层102的底座部分,且用图9所示的采用多室分隔系统的制造设置,制作了图1所示的光电器件。
图9所示的设备400可执行MWPCVD以及RFPCVD。采用这种设备,根据图1所示的层结构,在反射增强层102上制作了半导体层(103、151、104、161、105)和其它各层。
下面将根据其步骤参照图9来描述它们的制造工艺。原料气体供应系统(未示出)经由供气管连接于图9所示的设备。原料气筒都纯化为超高纯度。作为原料气筒,其上连接了SiH4气筒、CH4气筒、GeH4气筒、Si2H6气筒、PH3/H2(稀释比为0.1%)气筒、B2H6/H2(稀释比为0.2%)气筒、H2气筒、He气筒、SiCl2H2气筒以及SiH4/H2(稀释比为1%)气筒。
(1)包含衬底和例A4所得到的光反射层101和制作于其上的反射增强层102的底座部分490(相当于图1中的190)被置于安置在装料室401中的底座部分传送带上,并用真空泵(未示出)将装料室401的内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(2)将门阀406打开以便将底座部分送入预先用真空泵(未示出)抽空了的传送室402和淀积室417中。使底座部分490的背面与底座部分加热器410紧密接触,再加热底座部分。然后用真空泵(未示出)将淀积室417的内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(3)在用这种方法完成了制膜的准备工作之后,经由供气管429将H2气送入淀积室417。然后打开阀门441、431和430,用质量流量计436将H2气流速控制为300SCCm。用导阀(未示出)将淀积室417内部的压力控制为1.0乇。底座部分410被设定成使底座部分的温度为350℃。
(4)在底座部分的温度达到稳定时,就形成了由μC-Si所组成的RF n型层103。
为了形成由μC-Si组成的RF n型层103,将阀443、433、444和434打开以便将SiH4和PH3/H2气经由供气管429送入淀积室417。此处用质量流量计438、436和439将SiH4流速、H2流速和pH3/H2流速分别控制为2SCCm、120SCCm和200SCCm,而淀积室417的内部压力控制为1.0乇。
接着,将RF功率源422的功率定为0.06w/cm2,并将RF功率馈至等离子形成帽420以引起辉光放电。这样就开始在底座部分上形成RF n型层,当RF功率源被切断以停止辉光放电以完成RF n型层103的制作时,就形成了层厚为20nm的RF n型层。使SiH4、pH3/H2和H2气停止流入淀积室417,然后将淀积室内部和供气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
之后,用下述方法相继制作一个由a-Si构成的RF i型层151、一个由a-SiGe构成的MW i型层104、一个由a-Si构成的RF i型层161和一个由a-SiC构成的RF p型层105。
(5)首先打开门阀407,将底座部分送入预先用真空泵(未示出)抽空了的传送室403和i型层淀积室418。使底座部分的背面与底座部分加热器411紧密接触以加热底座部分。然后用真空泵(未示出)将i型层淀积室418的内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(6)为了制作RF i型层,将底座部分加热器411设定成使底座部分的温度为300℃。当底座部分被完全加热时,缓慢地打开阀门464、454、450、463和453,使Si2H6和H2气经由送气管449流入i型层淀积室418。此处,用相应的质量流量计459和458,将Si2H6流速和H2流速分别控制为4.2SCCm和110SCCm。借助于调整导阀(未示出)的开口,将i型层淀积室418内部的压力控制为0.7乇。然后,将RF功率源424的功率定为0.007W/cm2并加于偏置棒428以引起辉光放电,并将闸板427打开。这样就开始在i型层上的RF n型层上形成i型层,从而制作一个厚度为10nm的i型层,随后将RF辉光放电停止且将RF功率源的输出停止以完成RF i型层151的制作。
将阀门464、454、453和450关闭以使Si2H6和H2停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418的内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(7)为制作MW i型层,底座部分加热器411被设定成使底座部分的温度为380℃。当底座部分被完全加热时,将阀门461、451、450、462、452、463和453缓慢地打开,使SiH4、GeH4和H2气通过送气管449流入i型层淀积室418。此处,用相应的质量流量计456、457和458将SiH4流速、GeH4流速和H2流速分别控制为50SCCm、45SCCm和250SCCm。借助于调整导阀(未示出)的开口,将i型层淀积室418内部的压力控制为6毫乇。然后,将RF功率源424的功率定为0.11W/cm2,并加于偏置棒428。
然后将MW功率源(2.45MHz,未示出)的功率定为0.09W/cm2,并将MW动率通过波导426和MW引入窗口425馈入i型层淀积室418以引起辉光放电,并将闸板427打开。这样MW i型层就开始在RF i型层上形成,从而制成层厚为0.17μm的i型层,随后将MW辉光放电停止且将偏置功率源424的输出停止以完成MW i型层104的制作。将阀门451、452和453关闭使SiH4、GeH4和H2停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(8)为了制作RF i型层,底座部分加热器被定成使底座部分的温度为250℃。当底座部分被完全加热时,将阀门464、454、450、463和453缓慢地打开,使Si2H6和H2通过送气管449流入i型层淀积室418。此处,用相应的质量流量计459和458将Si2H6流速和H2流速分别控制为3SCCm和110SCCm。借助于调整导阀(未示出)的开口、将i型淀积室418内部的压力控制为0.6乇。
然后,将RF功率源424的功率定为0.007W/cm2,并加于偏置棒428以引起辉光放电,并将闸板427打开。这样,RF i型层就开始在MW i型层上形成,从而制作层厚为20nm的i型层,随后将RF辉光放电停止且将RF功率源424的输出停止以完成RF i型层161的制作。将阀门464、454、453和450关闭使Si2H6和H2停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(9)为了制作由a-SiC构成的RF p型层105,首先,打开门阀408,将底座部分送入预先用真空泵(未示出)抽空了的传送室404和p型层淀积室419。使底座部分的背面与底座部分加热器412紧紧接触,加热底座部分。然后,用真空泵(未示出)将p型层淀积室419的内部抽空到压力约为1×10-5乇。
底座部分加热器412设定成使底座部分的温度为230℃。当底座部分温度达到稳定时,用阀门481、471、470、482、472、483、473、484和474通过送气管469,将H2、SiH4/H2、B2H6/H2和CH4气体送入淀积室419。此处,用质量流量计476、477、478和479,将H2流速、SiH4/H2流速、B2H6/H2流速和H2流速分别控制为60SCCm、2SCCm、10SCCm和0.2SCCm,并借助于调整导阀(未示出)的开口,将淀积室419内部的压力控制为2.0乇。
然后,将RF功率源423的功率定为0.07W/cm2,并将RF功率馈至等离子发生帽以引起辉光放电。这样,RF p型层就开始在i型层上形成,从而制得层厚为10nm的RF p型层,随后将RF功率源切断以停止辉光放电从而完成RF p型层105的制作。
将阀门472、482、473、483、474、484、471、481和470关闭,使SiH4/H4、B2H6/H2、CH4和H2停止流入p型层淀积室419,然后将p型层淀积室419的内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(10)打开门阀409,将底座部分送入用真空泵(未示出)预先抽空了的卸料室405,并将漏阀(未示出)打开,使气体从卸料室405逸出。
(11)用真空淀积方法在RF p型层105上淀积厚度为70nm的ITO作为透明导电层112。
(12)将带有梳状窗口的掩模置于透明导电层112上,并用真空淀积方法淀积带有平坦结构的由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)构成的梳状收集极电极113。
这样就完成了本例光电器件的制造。此处将这种光电器件称为SCA6。
参考例A6-1
本例与例A6的不同之处在于采用了参考例A4-1的样品(底座部分),亦即样品中在制作Ag组成的光反射层101之后,不经过使衬底温度降到100℃或更低温度的步骤而制作了ZnO组成的反射增强层102。除这点之外,重复了例A6的步骤以制作光电器件。本例光电器件称为“SCA6-1”。
对二种光电器件(即SCA6和SCA6-1),各制备了五个器件。对这些光电器件的初始光电转换效率(光电动势/入射光强度),具体地说是光电转换效率、短路电流和开路电压的特性进行了评估(方法与例A5相同)以获得表A6所示的结果。
示于表A6的对初始光电转换效率特性的评估结果的表示方法是在光电器件SCA6的结果(视其为1)的基础上对光电器件SCA6-1的结果进行标准化。
表A6 样品光电转换效率 短路电流 开路电压 SCA6 1.00 1.00 1.00 SCA6-1 0.86 0.91 0.94
从表A6所示结果可见,用本发明的工艺在例A6中得到的带有光反射层的反射增强层的光电器件SCA6,同时在初始光电转换效率的所有特性上都比光电器件SCA6-1更优越。
例7
在本例中,带有图3所示光反射层的底座部分290(亦即包含衬底200和制作在衬底上的光反射层201及反射增强层202的底座部分),用图5所示的多室分隔系统的制造设备来制作。然后,用采用图9所示多室分隔系统的设备,在带有这些光反射层和反射增强层的底座部分上制作半导体层,以制造图3所示的光电器件,即带有pin结构的三重类型器件。
下面参照图5来描述带有图3所示结构的光反射层和反射增强层的制作工艺。
通过送气管将原料气体供应系统(未示出)连接于图5所示的设备。原料气筒都纯化成了高纯度。H2气筒、Ar气筒和He气筒被连接其上作为原料气筒。Ag和ZnO被用作靶。其安排使溅射得以在真空中进行。
用丙酮和异丙醇超声清洗并经热空气干燥过的厚度为0.5mm的50×50mm2的不锈钢片被用作衬底(图3中的200)。直流电源325被连接作为溅射功率源,并用直流磁控溅射方法在衬底上制作了Ag组成的光反射层101。然后进行后续加工。
下面将根据其步骤来描述光反射层和反射增强层的制作工艺。
(1)业已清洗过的衬底390(相当于图3中的200)被置于安装在装料室301中的衬底传送轨道313上,装料室301的内部用真空泵(未示出)抽空到压力约为1×10-5乇。
(2)打开门阀306,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室302和淀积室320中。衬底390被安置成使其背面与衬底加热器310紧密接触,并以30℃/sec.的升温速率被加热,使衬底温度达到300℃。然后,用真空泵(未示出)将淀积室320内部抽空到压力约为3×10-6乇。
(3)通过送气管324,将55SCCm的Ar气送入,并打开导阀(未示出),将压力控制为3毫乇。使电流流到环形线圈323,并从溅射功率源325加上385V的直流功率以引起Ar等离子体。
(4)打开靶闸板,在不锈钢片衬底上形成层厚为0.6μm的Ag组成的光反射层201,随后关闭闸板以熄灭等离子体。
(5)提起衬底加热器310,衬底温度被降至100℃或更低,同时在用作衬底冷却气体的H2气氛中以20℃/sec的速率降低。然后关闭门阀307,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室303和淀积室330中。衬底390被装成使其背面与衬底加热器311紧密接触,并以30℃/sec的升温速率加热,使衬底温度达到320℃。然后用真空抽气系统(未示出)将淀积室330内部抽空到压力约为2×10-6乇。
(6)通过送气管334将50SCCm的Ar气送入,且用导阀(未示出)将压力控制为4毫乇。将电流流到环形线圈,并从溅射功率源335加380V的直流功率以引起Ar等离子体。然后打开靶闸板336,在Ag组成的光反射层201上形成层厚为1.5μm的由ZnO组成的反射增强层202,随后关闭靶闸板以熄灭等离子体。
(7)提升衬底加热器311,衬底温度被降到100℃或更低,同时在用作衬底冷却气体的H2气氛中以25℃/sec的速率降温。之后,打开门阀308,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的卸料室304。
这样就完成了根据本例的光反射层和反射增强层的制作。
下面将描述制造光电器件的工艺。
采用图9所示的多室分隔系统的设备,用带有由例A7中的步骤(1)-(7)所制作的光反射层和反射增强层的底座部分,制作了图3所示的三重类型光电器件。
(8)包含衬底和形成于其上的光反射层201和反射增强层202的底座部分(图9中的490)被置于安装在装料室401中的底座部分传送轨道413上,且用真空泵(未示出)将装料室内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(9)打开门阀406,将底座部分送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室402和淀积室417中。使底座部分490的背面与底座部分加热器410紧密接触,将底座部分490加热。然后用真空泵(未示出)将淀积室417内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(10)在用此法完制膜的准备之后,通过送气管429将H2气送入淀积室417。然后打开阀门441、431和430,且用质量流量计436将H2气流速控制为500SCCm。用导阀(未示出)将淀积室417内部的压力控制为1.3乇。底座部分加热器410被装成使底座部分的温度为350℃。
(11)当底座部分的温度达到稳定时,就形成了由μC-Si组成的RF n型层203。
为了制作由μC-Si组成的RF n型层203,阀门443、433、444和434被用来将SiH4和pH3/H2通过送气管429送入淀积室417。此处,用质量流量计438、436和439将SiH4流速、H2流速和pH3/H2流速分别控制为2SCCm、100SCCm和200SCCm,并将淀积室417内部的压力控制为1.3乇。
然后,将RF功率源422的功率定为0.05W/cm2,并将RF功率馈至等离子体形成帽420以引起辉光放电。这样,RF n型层就开始在底座部分上形成,从而制得层厚为20nm的RF n型层。随后将RF功率源关断以停止辉光放电从而完成RF n型层203的制作。使SiH4、pH3/H2和H2停止流入淀积室417,然后将淀积室内部和气管内部抽空到压力为1×10-6乇。
(12)接着,依照例A5中的步骤,相继制作一个由a-Si组成的RFi型层251(相当于RF i型层151)、一个由a-SiGe组成的MW i型层204(相当于MW i型层104)、一个由a-Si组成的RF i型层261(相当于RF i型层161)、一个由a-SiC组成的RF p型层205(相当于RF p型层105)、一个由μC-Si组成的RF n型层206(相当于RF n型层103)、一个由a-Si组成的RF i型层252(相当于RF i型层151)、一个由a-SiGe组成的MW i型层207(相当于MW i型层104)、一个由a-Si组成的RF i型层262(相当于RF i型层161)、一个由a-SiC组成的RF p型层208(相当于RF p型层105)、一个由μC-Si组成的RF n型层209(相当于RF n型层103)、一个由a-Si组成的RF i型层210(相当于RF i型层161)以及一个由a-SiC组成的RF p型层211(相当于RF p型层105)。
(13)用真空淀积方法,在RF p型层211上淀积层厚为70nm的ITO作为透明导电层212。
(14)将带有梳状窗口的掩模置于透明导电层212上,并用真空淀积方法淀积带有平坦结构的由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)组成的梳状收集极电极213。
这样就完成了本例光电器件的制造。这种光电器件在此处称为SCA7。制作半导体层、RF n型层、RF i型层、MW i型层以及RF p型层的条件一起示于表A7。
表A7 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分 温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 … … … 100 200 … … 1.3 … 0.05 350 20 RF i型层(251) … 4.0 … … 100 … … … 0.8 … 0.008 300 10 MW i型层(204) 40 … … 41 100 … … … 0.011 0.12 0.31 370 110 RF i型层(261) … 4.0 … … 100 … … … 0.75 … 0.008 300 23 RF p型层(205) … … 0.1 … 80 … 9 2 1.8 … 0 07 300 10 RF n型层(206) 1.1 … … … 40 290 … … 1.1 … 0.04 300 10 RF i型层(252) … 4.0 … … 100 … … … 0.75 … 0.008 300 10 MW i型层(207) 35 … … 27 120 … … … 0.012 0.12 0.3 350 100 RF i型层(262) … 3.5 … … 90 … … … 0.7 … 0.008 280 23 RF p型层(208) … … 0.2 … 80 … 9 2 1.7 … 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 … … … 50 250 … … 1.05 … 0.04 230 10 RF i型层(210) … 1.5 … … 80 … … … 0.8 … 0.007 190 90 RF p型层(211) … … 0.4 … 90 … 8 2 1.6 … 0.07 170 10
参考例A7-1
此例不同于例A7之处在于所用的底座部分中,在Ag组成的光反射层201制作之后,不经过将衬底温度降低到100℃或更低的步骤而制作了由ZnO组成的反射增强层202。除此之外,重复了例A7的步骤以制作光电器件。此例的光电器件称为“SCA7-1”。
对二种光电器件(即SCA7和SCA7-1),各制备了六个器件。对这些光电器件的初始光电转换效率(光电动势/入射光强度),具体地说是光电转换效率和短路电流的特性,按与例A5相同的方法进行了评估。用与下所述相同的方法还评估了光退化特性。得到的结果示于表A8。
为了检测光退化特性,在50℃温度的光电器件用光在100mW/cm2的灯光下被照射1000小时之后,评估了光电转换效率。
对表A8所示的初始光电转换效率特性的评估结果的表示方法是在光电器件SCA7的结果(视其为1)的基础上对光电器件SCA7-1的结果进行标准化。
表A8 样品光电转换效率 短路电流 光退化特性 SCA7 1.00 1.00 1.00 SCA7-1 0.81 0.89 0.94
从表A8所示结果可见,用本发明工艺在例A7中得到的带有光反射层和反射增强层的光电器件SCA7,同时在初始光电转换效率和光退化特性的所有方面都比参考例的光电器件SCA7-1更优越。
例8
在本例中,用图7和10所示的滚动制造设备来制作图3所示的三重类型光电器件。
300m长、30cm宽和0.5mm厚的带状不锈钢片被用作衬底。
下面将描述光反射层和反射增强层的制作工艺。
图7所示的用来连续制作光反射层的设备相继装配有衬底供出室610、多个淀积室611-613以及衬底盘绕室614,它们通过其间的分立路径615、616、617和618而连接。每个淀积室有一个出气口,通过它可将其内部抽空。带状衬底621在被送出衬底供出室之后,通过这些淀积室和分立的路径,并在衬底盘绕室中被盘卷起来。同时,这一设备被设计成气体可通过其气体入口被送入各个淀积室和分立路径,可通过各自的出气口被抽出,从而可制作各个层。
Ag组成的光反射层在淀积室612中制作,而ZnO组成的反射增强层在淀积室613中制作。各淀积室分别在其内部装配有卤素灯加热器640、641和642,用来加热衬底背面,使衬底温度升到各淀积室所要求的温度。分立路径617和618也有降低温度的功能,以便在淀积室612和613中分别制作完半导体层之后使衬底温度以给定的速率下降。特别是在本例中,在光反射层于淀积室612中制作好之后,衬底的温度在分立路径617中被降至100℃或更低。
在淀积室612中进行直流磁控溅射,其中Ar气通过气咀632被送入淀积室,而Ag被用作靶650。在淀积室613中进行直流磁控溅射或RF磁控溅射,其中Ar气通过气咀643被送入淀积室,而ZnO被用作靶660。在表A9所示条件下于带状衬底上制作了光反射层和反射增强层之后,衬底在衬底盘绕室614中被盘卷起来。
下面将描述制作光电器件的工艺。
采用图10所示滚动系统的制造设备,在下面表A10所示的条件下制作了具有图3所示层结构的三重类型光电器件。
带有用前进方法制作的光反射层和反射增强层的带状底座部分被安在用来引入带状底座部分的装料室中。此带状底座部分通过所有的淀积室和所有的气门并在卸装室5150中被连接于带状元件盘卷架上。用抽气系统(未示出)将各个淀积室抽空到10-3乇或更低。从淀积膜制作混合系统5024、5034、5044、5054、5064、5074、5084、5094、5104、5114、5124、5134和5144将所需的原料气体送入各个淀积室。气体从各个门气给进系统被送入气门5201、5202、5203、5204、5205、5206、5207、5208、5209、5210、5211、5212、5213、和5214。用各淀积系统中的底座部分加热器来加热底座部分,而真空度用调节各出口系统出气阀的开口来控制。在底座部分温度和真空度稳定之后,开始传送带状底座部分,并将用来产生等离子体的RF功率或MW(频率为2.45GHz功率馈至各个淀积室。这样就制得了具有图3所示叠加形成在带状底座部分290上的三个pin结构的三重类型光电器件。
然后,用真空淀积方法在RF p型层211上淀积厚度为70nm的ITO,用作透明导电层212。
然后,将带有梳状窗口的掩模置于透明导电层212上,并用真空淀积方法淀积带有平坦结构的由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)组成的梳状收集极电极213。
这样就完成了本例光电器件的制造。这种光电器件在此处称为SCA8。本例中用来制作光反射层和反射增强层的条件示于表A9中用来制作各个半导体层、RF n型层、RF i型层、MW i型层以及RF型层的条件示于表A10中。
表A9.光反射层/反射增强层制作条件
(例A8;所用设备如图7) 光反射层:Ag 反射增强层:ZnO 温度上升速率(℃/sec) 15 15 衬底温度(℃) 280 300 Ar气流速(SCCm) 30 35 压力(毫乇) 3 4 靶物质 Ag ZnO 溅射类型 直流 直流 溅射电压(V) 380 385 层厚(μm) 0.65 1.0 衬底冷却气体 H2 He 温度下降速率(℃/sec) 10 15
表A10 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 … … … 100 220 … … 1.3 … 0.05 350 20 RF i型层(251) … 4.0 … … 100 … … … 0.8 … 0.008 300 10 MW i型层(204) 48 … … 49 110 … … … 0.005 0.07 0.28 380 100 RF i型层(261) … 4.0 … … 100 … … … 0.55 … 0.008 300 23 RF p型层(205) … … 0.1 … 80 … 9 2 1.8 … 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 … … … 40 290 … … 1.1 … 0.04 300 10 RF i型层(252) … 4.0 … … 90 … … … 0.75 … 0.008 300 10 MW i型层(207) 33 … … 29 120 … … … 0.005 0.05 0.28 360 98 RF i型层(262) … 3.5 … … 90 … … … 0.5 … 0.008 280 23 RF p型层(208) … … 0.2 … 80 … 9 2 1.7 … 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 … … … 50 250 … … 1.05 … 0.04 230 10 RF i型层(210) … 2.0 … … 80 … … … 0.8 … 0.007 190 90 RF p型层(211) … … 0.4 … 90 … 8 2 1.6 … 0.07 170 10
参考例A8-1
本例不同于例AB之处在于所采用的底座部分中,在制作Ag组成的光反射层201之后,不经过将衬底温度降到100℃或更低的步骤而制作了由ZnO组成的反射增强层202。除此之外,重复例A8的步骤以制作具有图3所示结构的光电器件。此例的光电器件称为“SCA8-1”。
对于二种光电器件(即SCA8和SCA8-1),各制备了六个器件。用与例A5相同的方法对这些光电器件的初始光电转换效率(光电动势/入射光强度),具体地说是光转换效率和短路电流进行了评估。用与下述相同的方法还对光退化特性进行了评估。得到的结果示于表A11。
为了检测光退化特性,在50℃温度的光电器件于100mW/cm2灯光下用光照射1000小时之后,对其光电转换效率进行了评估。
对表A11所示初始光电转换效率特性的评估结果的表示方法是在光电器件SCA8的结果(视其为1)的基础上对光电器件SCA8-1的结果进行标准化。
表A11 样品光电转换效率 短路电流 光退化特性 SCA8 1.00 1.00 1.00 SCA8-1 0.81 0.90 0.94
从表A11所示结果可见,用本发明的工艺在例A8中得到的带有光反射层和反射增强层的光电器件SCA8,同时在初始光电转换效率和光退化特性的所有特性方面都比参考例的光电器件SCA8-1更优越。
例9
在本例中,在制作光反射层和反射增强层时的温度上升速率在2℃/sec-150℃/sec的范围内进行了改变,以检验它为何影响光电器件中的光电转换效率特性等。
在本例中,除了光反射层和反射增强层在表A12所示的条件下制作以及半导体层在表A13所示的条件下制作之外,具有图3所示的结构的三重类型光电器件用与例A8相同的方法,采用图7所示用来连续制作光反射层和反射增强层的设备和图10所示用来连续制作光电器件半导体层的设备来加以制造。
对这样得到的光电器件样品的初始光电转换效率(光电动势/入射光强度)以及光退化特性,用与例A5相同的方法进行了评估以获得表A14所示的结果。
对表A14所示各个样品特性评估结果的表示方法是在当温度以2℃的速率上升时得到的样品的测量结果的基础上对结果进行标准化。在表中,“C”表示1.0或以上至少于1.4;“B”表示1.4或以上至小于1.8;而“A”表示1.8或以上。
从表A14所示的结果可见,制作光反射层和反射增强层时的升温速率的范围从光电转换效率、短路电流和光退化的观点来看,最好是10℃/sec-100℃/sec。
表A12. 光反射层/反射增强层制作条件
(例A9;使用的设备如图7) 光反射层:Ag 反射增强层:ZnO升温速率(℃/sec) 2-150 2-150衬底温度(℃) 290 310Ar气流速(SCCm) 40 35压力(毫乇) 3 4靶物质 Ag ZnO溅射类型 直流 直流溅射电压(V) 390 385层厚(μm) 0.55 1.2衬底冷却气体 He He降温速率(℃/sec) 10 15
表A13 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2) 底座部分 温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 … … … 100 220 … … 1.3 … 0.05 350 20 RF i型层(251) … 4.0 … … 100 … … … 0.8 … 0.008 300 10 MW i型层(204) 48 … … 51 170 … … … 0.010 0.12 0.31 370 100 RF i型层(261) … 4.0 … … 100 … … … 0.65 … 0.008 300 23 RF p型层(205) … … 0.1 … 80 … 9 2 1.8 … 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 … … … 40 290 … … 1.1 … 0.04 300 10 RF i型层(252) … 4.0 … … 90 … … … 0.75 … 0.008 300 10 MW i型层(207) 35 … … 29 150 … … … 0.013 0.10 0.3 350 98 RF i型层(262) … 3.5 … … 90 … … … 0.7 … 0.008 280 23 RF p型层(208) … … 0.2 … 80 … 9 2 1.7 … 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 … … … 50 250 … … 1.05 … 0.04 230 10 RF i型层(210) … 2.0 … … 80 … … … 0.7 … 0.007 190 90 RF p型层(211) … … 0.4 … 90 … 8 2 1.6 … 0.007 170 10
表A14升温速率(℃/sec) 2 8 10 40 70 100 120 150光电转换效率 C B A A A A B C短路电流 C B A A A A C C开路电压 C B A A A A B C
例A10
在本例中,在制作光反射层和反射增强层之后的降温速率在0.2℃/sec-90℃/sec的范围内进行改变以检验它为何影响光电器件中的初始光电转换效率等。
在本例中,除了光反射层和反射增强层在表A15所示的条件下制作且半导体层在表A16所示的条件下制作之外,用与例A8相同的方法,采用用来连续制作光反射层和反射增强层的如图7所示的设备以及图10所示的用来连续制作光电器件半导体层的设备,制作了具有图3所示的结构的三重类型光电器件。具体地说,在不同的降温速率条件下制备了8个样品。
对这样得到的光电器件样品的初始光电转换效率(光电动势/入射光强度)和光退化特性,用与例A5相同的方法进行了评估以获得表A17所示的结果。
对表A17所示的各样品的特性评估结果的表示方法是在当降温速度为0.2℃时得到的样品的结果的基础上对结果进行标准化。在表中,“C”表示1.0或更大至小于1.4;“B”表示1.4或更大至小于1.8;“A”表面1.8或更大。
从表A17所示的结果可见,从光电转换效率、短路电流和光退化特性的观点来看,制作光反射层和反射增强层时的降温速率范围最好是1℃/sec-50℃/sec。
表A15.光反射层/反射增强层制作条件
(例A10;所用设备如图7) 光反射层:Ag 反射增强层:ZnO升温速率(℃/sec) 50 15衬底温度(℃) 200 320Ar气流速(SCCm) 40 50压力(毫乇) 3 4靶物质 Ag ZnO溅射类型 直流 直流溅射电压(V) 380 390层厚(μm) 0.6 2.0衬底冷却气体 H2 He降温速率(℃/sec) 0.2-90 0.2-90
表A16 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 … … … 100 220 … … 1.3 … 0.05 350 20 RF i型层(251) … 4.0 … … 100 … … … 0 8 … 0.008 300 10 MW i型层(204) 48 … … 51 120 … … … 0.010 0.10 0.32 370 100 RF i型层(261) … 4.0 … … 105 … … … 0.55 … 0.008 300 23 RF p型层(205) … … 0.1 … 80 … 9 2 1.8 … 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 … … … 30 290 … … 1.2 … 0.04 300 10 RF i型层(252) … 4.0 … … 90 … … … 0.75 … 0.008 300 10 MW i型层(207) 35 … … 30 120 … … … 0.013 0.10 0.3 350 98 RF i型层(262) … 3.5 … … 90 … … … 0.7 … 0.008 280 23 RF p型层(208) … … 0.2 … 80 … 9 2 1.7 … 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 … … … 50 250 … … 1.05 … 0.04 230 10 RF i型层(210) … 2.0 … … 80 … … … 0.7 … 0.007 190 90 RF p型层(211) … … 0.4 … 90 … 8 2 1.6 … 0.007 170 10
表A17降温速率(℃/sec) 0.2 0.8 1 10 30 50 70 90 光电转换效率 C A A A A A B C 短路电流 C B A A A A B C 开路电压 C B A A A A B C
例B1
在本例中,构成图1所示器件的光反射层101和反射增强层102采用图5所示的多室分隔系统设备来制作。
下面将按其步骤来描述其制造工艺。原料气体供应系统(未示出)通过供气管连接于图5所示的设备。原料气筒都纯化成超高纯度。其上连接有H2气筒、Ar气筒和He气筒作为原料气筒。Al-Si(95∶5)和ZnO被用作靶。这些都安置成使溅射能够在真空中进行。
用丙酮和异丙醇超声清洗并热空气干燥过的0.5mm厚和50×50mm2的不锈钢片用作衬底(图1中的100)。直流功率源325被连接作为溅射功率源,用直流磁控溅射方法在衬底上制作Al-Si(95∶5)组成的光反射层101。然后进行后续处理。
下面将参照图5按其步骤来描述上述制造工艺。
(1)业已清洗过的衬底390(相当于图1中的100)被置于安置在装料室301中的衬底传送轨道313上,用真空泵(未示出)将装料室301内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(2)打开门阀306,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室302和淀积室320中。衬底390被装成使其背面与衬底加热器310紧密接触,以12℃/sec的速率升温并加热,使衬底温度达到280℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室320的内部抽空到压力约为3×10-6乇。
(3)通过送气管324将60SCCm的Ar气送入,并打开导阀(未示出),将压力控制为6毫乇。将电流通到环形线圈323,并从溅射功率源325加380V的直流功率以引起Ar等离子体。
(4)打开靶闸板326,在不锈钢片的表面上制作层厚为0.8μm的由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101,随后将靶闸板326被关闭以熄灭等离子体。
(5)将衬底加热器310提起,衬底温度就在用作衬底冷却气体的He气氛中以8℃/sec的降温速率降到100℃或更低。之后打开门阀307,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室303和淀积室330中。将衬底装成其背面与衬底加热器311紧密接触,并以20℃/sec的升降速率加热,使衬底温度达到280℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室330的内部抽到压力约为2×10-6乇。
(6)通过送气管334,将60SCCm的Ar气送入,并用导阀(未示出)将压力控制为5毫乇。将电流通到环形线圈333,并从溅射功率源335加380V的直流功率以引起Ar等离子体。然后打开靶闸板336,在由Al-Si(95∶5)组成的光反射层的表面上制作层厚为1.3μm的由ZnO组成的反射增强层,随后关闭靶闸板336以熄灭等离子体。
(7)将衬底加热器311提起,衬底温度就在用作衬底冷却气体的He气氛中以8℃/sec的降温速率降到了100℃或更低。之后打开门阀308,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的卸料室304。
这样就完成了根据本例的光反射层和反射增强层的制作。带有这种光反射层的样品称为“SB1”。
参考例B1-1
此例不同于例B1之处只在于当制作由Al-Si(95∶5)构成的光反射层101时,衬底温度被定为150℃。除此之外,重复了例B1的步骤以制作样品。带有本例光反射层的样品称为“SB1-1”。
参考例B1-2
本例不同于例B1之处只在于当制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101时,衬底温度被定为550℃。除此之外,重复例B1的步骤以制作样品。带有本例光反射层的样品称为“SB1-2”。
参考例B1-3
本例不同于例B1之处只在于制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101之后,不经过将衬底温度降到100℃或更低的步骤而制作由ZnO组成的反射增强层102。除此之外,重复例B1的步骤来制作样品。带有本例光反射层的样品称为“SB1-3”。
参考例B1-4
本例不同于例B1之处只在于当制作由ZnO组成的反射增强层102时,衬底温度被定为150℃。除此之外,重复例B1的步骤来制作样品。带有本例光反射层的样品称为“SB1-4”。
参考例B1-5
本例不同于例B1之处只在于当制作由ZnO组成的反射增强层102时,衬底温度被定为450℃。除此之外,重复例B1的步骤来制作样品。带有本例光反射层的样品称为“SB1-5”。
对带有上述光反射层的六种样品(即SB1和SB1-1-SB1-5),各制备了四个样品。对这些样品的光反射层,用相同于例A1的方法测量了光反射,并从得到的测量结果评估了总反射及漫反射以得到表B1所示的结果。
对示于表B1的总反射和漫反射结果的表示方法是在样品SB1的结果(视其为1)的基础上对SB1-1-SB1-5中各样品的结果进行标准化。
表B1 样品 总反射率 漫反射率 SB1 1.00 1.00 SB1-1 1.00 0.62 SB1-2 0.96 0.91 SB1-3 0.82 0.82 SB1-4 0.91 0.78 SB1-5 0.87 0.90
从表B1所示结果可见,带有例B1光反射层的样品SB1同时在所有的评估结果中都比带有五个参考例光反射层的样品SB1-1-SB1-5更优越,亦即具有更优的反射性能。
例B2
本例不同于例B1之处在于用H2气取代He气作为衬底冷却气体来制作光反射层。
在本例中,同例B1一样,用图5所示的多室分隔系统生产设备来制作组成图1所示器件的光反射层101和反射增强层102。
下面依其步骤来描述其制作工艺。原料气供应系统(未示出)通过供气管连接于图5所示的设备。原料气筒都被纯化为超高纯度。H2气筒、Ar气筒和He气筒连接其上作为原料气筒。Al-Si(95∶5)和ZnO被用作靶。它们都安置成使溅射在真空中得以进行。
用丙酮和异丙醇超声清洗并用热空气干燥过的0.5mm厚的50×50mm2的不锈钢片被用作衬底(图1中的100)。连接直流功率源325作为溅射功率源,并用直流磁控溅射方法在衬底上制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101。然后进行后续加工。
下面参照图5依其步骤来描述上述制造工艺。
(1)将业已清洗过的衬底390(相当于图1中的100)置于安装在装料室301中的衬底传送轨道313上,并用真空泵(未示出)将装料室301内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(2)打开门阀306,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室302和淀积室320。衬底390被装成其背面与衬底加热器310紧密接触,并以23℃/sec的速率升温加热,使衬底温度达到275℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室320内部抽空到压力约为3×10-6乇。
(3)通过送气管324,将65SCCm的Ar气送入,并打开导阀(未示出),将压力控制为4毫乇。将电流通到环形线圈323,并从溅射功率源325加405V的直流功率以引起Ar等离子体。
(4)打开靶闸板326,在不锈钢片的表面上制作层厚为0.4μm的由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101,随后关闭靶闸板326以熄灭等离子体。
(5)将衬底加热器310提起,衬底温度就在用作衬底冷却气体的H2气氛中以17℃/sec的降温速率降到100℃或更低。之后打开门阀307,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室303和淀积室330。将衬底装成其背面与衬底加热器311紧密接触,并以28℃/sec的速率升温加热,使衬底温度达到325℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室330内部抽空到压力约为2×10-6乇。
(6)通过送气管334,将65SCCm的Ar气送入,并用导阀(未示出),将压力控制为4毫乇。将电流通至环形线圈333,并从溅射功率源335加395V的直流功率以引起Ar等离子体。再打开靶闸板336,在由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101的表面上制作层厚为2.1μm的由ZnO组成的反射增强层102,随后关闭靶闸板336以熄灭等离子体。
(7)将衬底加热器311提起,衬底温度就在用作衬底冷却气体的H2气氛中以28℃/sec的降温速率降到100℃或更低。之后打开门阀308,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的卸料室304。
这样就完成了根据本例的光反射层和反射增强层的制作。带有这种光反射层的样品称为“SB2”。
参考例B2-1
本例不同于例B2之处在于制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101之后,不经过将衬底温度降低到100℃或更低的步骤而制作由ZnO组成的反射增强层102。除此之外,重复例B2的步骤来制备样品。带有本例光反射层的样品称为“SB2-1”。
对带有上述光反射层的二种样品(即SB2和SB2-1),各制备了四个样品。对这些样品的光反射层测量了光反射,且从得到的测量结果,用相同于例A1的方法评估了总反射和漫反射,以获得表B2所示的结果。
示于表B2的总反射和漫反射结果的表示方法是在样品SB2的结果(视其为1)的基础上对样品SB2-1的结果进行标准化。
表B2 样品 总反射率 漫反射率 SB2 1.00 1.00 SB2-1 0.76 0.81
从表B2所示结果可见,带有例B2光反射层的样品SB2比制作光反射层之后不经过将衬底温度降低到100℃或更低的步骤而制得的参考例样品SB2-1,同时在所有的评估结果方面都更优越,亦即具有优越的反射性能。
例B3
本例不同于例B1之处在于用Ar气取代He气作为衬底冷却气体来制作光反射层。
同例B1一样,采用图5所示的多室分隔系统制造设备来制作组成图1所示器件的光反射层101和反射增强层102。
下面按其步骤来描述其制造工艺。通过送气管将材料供气系统(未示出)连接于图5所示设备。原料气筒都被纯化为超高纯度。Ar气筒、Ar气筒和He气筒被连于其上作为原料气筒。Al-Si(95∶5)和ZnO被用作靶。这些都装置成使溅射得以在真空中进行。
用丙酮和异丙醇超声清洗过并用热空气干燥过的0.5mm厚的50×50mm2的不锈钢片被用作衬底(图1中的100)。连接直流功率源325作为溅射功率源,并用直流磁控溅射方法在衬底上制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101 。然后进行后续处理。
下面参照图5依其步骤来描述上述制造工艺。
(1)将业已清洗过的衬底390(相当于图1中的100)置于安装在装料室301中的衬底传送轨道上,并用真空泵(未示出)将装料室301的内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(2)打开门阀306,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室302和淀积室320中。将衬底390装成其背面与衬底加热器310紧密接触,并以32℃/sec的速率升温加热,使衬底温度达到330℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室320的内部抽空到压力约为3×10-6乇。
(3)通过送气管324,将35SCCm的Ar气送入,并用导阀(未示出)将压力控制为4毫乇。将电流通到环形线圈323,并从溅射功率源325加375V的直流功率以引起Ar等离子体。
(4)打开靶闸板326,在不锈钢片的表面上制作层厚为0.6μm的由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101,随后关闭靶闸板326以熄灭等离子体。
(5)将衬底加热器310提起,衬底温度就在用作衬底冷却气体的Ar气氛中以4℃/sec的降温速率降到100℃或更低。之后打开门阀307,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室303和淀积室330中。衬底390被装成其背面与衬底加热器311紧密接触,并以12℃/sec的速率升温加热,使衬底温度达到335℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室330内部抽空到压力约为3×10-6乇。
(6)通过送气管334,将37SCCm的Ar气送入,并用导阀(未示出)将压力控制为3毫乇。将电流通至环形线圈333,并从溅射功率源335加385V的直流功率以引起Ar等离子体。再打开靶闸板336,在由Al-Si(95∶5)组成的光反射层的表面上制作层厚为1μm的由ZnO组成的反射增强层102,随后关闭靶闸板336以熄灭等离子体。
(7)将衬底加热器311提起,衬底温度就在用作衬底冷却气体的Ar气氛中以5℃/sec的降温速率降到100℃或更低。之后打开门阀308,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的卸料室304。
这样就完成了根据本例的光反射层和反射增强层的制作。带有这种光反射层的样品称为“SB3”。
参考例B3-1
此例不同于例B3之处在于制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101之后,不经过将衬底温度降低到100℃或更低的步骤而制作由ZnO组成的反射增强层102。除此之外,重复例B3的步骤来制作样品。带有此例反射层的样品称为“SB3-1”。
对带有上述光反射层的二种样品(即SB3和SB3-1),各制备五个样品。对这些样品的光反射层测量了光反射,并从得到的测量结果,用相同于例A1的方法评估了总反射和漫反射以得到表B3所示的结果。
表B3所示各样品的总反射和漫反射结果的表示方法是在例B3结果(视其为1)的基础上对样品SB3-1的结果进行标准化。
表B3 样品 总反射 漫反射 SB3 1.00 1.00 SB3-1 0.74 0.85
从表B3所示的结果可见,带有例B3光反射层的样品SB3比制作光反射层之后不经过将衬底温度降低到100℃或更低的步骤而制作的参考例样品SB3-1,同时在所有的评估结果方面都更优越,亦即具有优越的反射性能。同时也可见Ar气是有效的衬底冷却气体。
例B4
此例不同于例B1之处在于用Ar气和O2的组合来取代制作反射增强层时单独使用的Ar气,从而制作反射增强层。
同例B1相同,采用图5所示的多室分隔系统制造设备来制作组成图1所示器件的光反射层101和反射增强层102。
下面按其步骤来描述其制造工艺。材料供应系统(未示出)通过送气管连接于图5所示的设备。原料气筒都被纯化为超高纯度。一个Ar气筒、一个Ar气筒和一个He气筒被连于其上用作原料气筒。Al-Si(95∶5)和ZnO被用作靶。这些都装成使溅射在真空中得以进行。
用丙酮和异丙醇清洗过并用热空气干燥过的0.5mm厚的50×50mm2的不锈钢片被用作衬底(图1中的100)。连接直流电率源325作为溅射功率源,并用直流磁控溅射方法在衬底上制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101。然后进行后续处理。
下面参照图5依其步骤来描述上述制作工艺。
(1)将业已清洗过的衬底390(相当于图1中的100)置于安装在装料室301中的衬底传送轨道313上,并用真空泵(未示出)将装料室301内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(2)打开门阀306,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室302和淀积室320中。衬底390被装成其背面与衬底加热器310紧密接触,并以10℃/sec的速率升温加热,使衬底温度达到370℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室320内部抽到压力约为3×10-6乇。
(3)通过送气管324,将28SCCm的Ar气送入,且用导阀(未示出)将压力控制为3毫乇。将电流通至环形线圈323,并从溅射功率源325加375V的直流功率以引起Ar等离子体。
(4)打开靶闸板326,在不锈钢片的表面上制作层厚为0.5μm的由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101,随后关闭靶闸板326以熄灭等离子体。
(5)将衬底加热器310提起,衬底温度就在用作衬底冷却气体的Ar气氛中以14℃/sec的降温速率降到100℃或更低。之后打开门阀307,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室303和淀积室330中。衬底390被装成其背面与衬底加热器311紧密接触,并以15℃/sec的速率升温加热,使衬底温度达到285℃。然后用真空泵(未示出)将淀积室330内部抽空到压力约为2×10-6乇。
(6)通过送气管334,将65SCCm的Ar气送入,还送入65SCCm的O2气。然后用导阀(未示出)将压力控制为3毫乇。将电流通至环形线圈333,并从溅射功率源335加365V的直流功率以引起Ar/O2等离子体。再打开靶闸板336,在由Al-Si(95∶5)组成的光反射层的表面上制作层厚为1.3μm的由ZnO组成的反射增强层102。随后关闭靶闸板336以熄灭等离子体。
(7)将衬底加热器311提起,衬底温度就在用作衬底冷却气体的He气氛中以25℃/sec的降温速率降到100℃或更低。之后打开门阀308,将衬底送入用真空泵(未示出)预先抽空了的卸料室304中。
这样就完成了根据本例的光反射层和反射增强层的制作。带有这种光反射层的样品称为“SB4”。
参考例B4-1
此例不同于例B4之处在于制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101之后,不经过将衬底温度降低到100℃或更低的步骤而制作由ZnO组成的反射增强层101。除此之外,重复例B4的步骤来制作样品。带有本例光反射层的样品称为“SB4-1”。
对带有上述光反射层的二种样品(即SB4和SB4-1),各制备五个样品。对这些样品的光反射层测量了光反射,并从得到的测量结果,用相同于例B1的方法评估了总反射和漫反射以获得表B4所示的结果。
表B4所示各样品的总反射和漫反射结果的表示方法是在样品SB4结果(视其为1)的基础上对样品SB4-1的结果进行标准化。
表B4 样品 总反射率 漫反射率 SB4 1.00 1.00 SB4-1 0.81 0.80
从表B4所示结果可见,带有例B4光反射层的样品SB4比制作光反射层之后不经过将衬底温度降低到100℃或更低的步骤而制作的参考例样品SB4-1,在所有的评估结果上都同时更优越,亦即具有更优越的反射性能。
例B5
在本例中,采用带有用相同于例B1的方法制作的光反射层101和反射增强层102的样品(底座部分),并采用图9所示的多室分隔系统的制造设备,制作了图1所示的光电器件。
图9所示的设备400可进行MWPCVD以及RFPCVD。采用这种设备,依据图1所示的层构造,在反射增强层上形成半导体层(103,151,104,161,105)和其余层。
下面参照图9描述这些层的制作工序。将原料气体给进系统(未示出)通过气体给进管连接到图9所示设备上。原料气筒都被净化为超高纯度。作为原料气筒,SiH4气筒,CH4气筒,GeH4气筒,Si2H6气筒,PH3/H2(稀释:0.1%)气筒,B2H6/H2(稀释:0.2%)气筒,H2气筒,He气筒,SiCl2H2气筒和SiH4/H2(稀释:1%)气筒连接于此。
(1)包括衬底和形成于衬底上的光反射层101及反射增强层102的底座部分490(对应于图1的190)放在装载室401中提供的底座部分转运轨413上,装载室401内部用真空泵(未示出)抽空到约1×10-5乇的压力。
(2)打开门阀406,将底座部分送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室402和淀积室417中。底座部分490的加热是使其背面与底座部分加热器410紧密接触。然后用真空泵(未示出)将淀积室417内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(3)用此方式完成制膜准备工作之后,通过送气管429将H2气送入淀积室417。再打开阀门441、431和430,并用质量流量计436将H2气流速控制为300SCCm。淀积室417内部的压力用导阀(未示出)控制为1.0乇。底座部分加热器410装成使底座部分温度达到350℃。
(4)在底座部分的温度稳定时,制作由μc-Si组成的RF n型层103。
为了制作由μc-Si组成的RF n型层103,阀门443、433、444和434被用来通过送气管429将SiH4气和PH3/H2气送入淀积室417。此处,用质量流量计438、436和439分别将SiH4流速、H2流速和PH3/H2流速控制为2SCCm、110SCCm和200SCCm,而淀积室内的压力控制为1.2乇。
然后将RF功率源422的功率定为0.06W/cm2,并将RF功率馈至等离子形成帽420以引起辉光放电。这样,RF n型层就开始在底座部分上形成,从而制作层厚为20nm的RF n型层,随后切断RF功率源以停止辉光放电从而结束RF n型层103的制作。使SIH4气、PH3/H2气和H2气停止流入淀积室417,再将淀积室内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
接着用下列方法相继制作由a-Si组成的RF i型层151、由a-SiGe组成的MW i型层104、由a-Si组成的RF i型层161以及由a-SiC组成的RF p型层105。
(5)首先打开门阀407,将底座部分送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室403和i型层淀积室418。底座部分的加热是使其背面与底座部分加热器411紧密接触。然后由真空泵(未示出)将i型层淀积室418的内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(6)为了制作RF i型层,底座部分加热器411被设定成使底座部分温度达到300℃。在底座部分被完全加热时,将阀门464、454、450、463和453缓慢地打开,使Si2H6和H2气通过送气管449流入i型层淀积室418。此处用相应的质量流量计459和458将Si2H6流速和H2流速分别控制为4SCCm和110SCCm。借助于调整导阀(未示出)的开口,将i型层淀积室418内部的压力控制为0.6乇。
然后将RF功率源424的功率定为0.007W/cm2,且馈至偏置棒428以引起辉光放电,并打开闸板427。这样,i型层就开始在RF n型层上形成,从而制作层厚为10nm的i型层。随后将RF辉光放电停止而且将RF功率停止输出以结束RF i型层151的制作。
将阀门464、454、453和450关闭,使Si2H6气和H2气停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(7)为制作MW i型层,底座部分加热器411被设定成使底座部分的温度达到380℃。当底座部分被完全加热时,缓慢地打开阀门461、451、450、462、452、463和453,使SiH4、GeH4和H2气通过送气管449流入i型层淀积室418。此处,用相应的流量计456、457和458将SiH4流速、GeH4流速和H2流速分别控制为47SCCm、38SCCm和150SCCm。借助于调节导阀(未示出)的开口,将i型层淀积室418内的压力控制为6毫乇。然后将RF功率源424的功率定为0.30%/cm2,并加于偏置棒428。
之后,将MW功率源(2.45GHz,未示出)的功率定为0.08W/cm2,并通过波导426和MW引入窗口425将MW功率送入i型层淀积室418以引起辉光放电,并打开闸板427。这样,MW i型层就开始在RFi型层上形成,从而制作层厚为0.17μm的i型层,随后将MW辉光放电停止且将偏置功率源424停止输出以结束MW i型层104的制作。将阀门451、452和453关闭,使SiH4气、GeH4气和H2气停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(8)为了制作RF i型层,底座部分加热器411被设定成使底座部分的温度达到250℃。当底座部分被完全加热时,缓慢地打开阀门464、454、450、463和453,使Si2H6和H2通过送气管449流入i型层淀积室418。此处,用相应的质量流量计459和458将Si2H6流速和H2流速分别控制为3SCCm和85SCCm。借助于调节导阀(未示出)的开口,将i型层淀积室418内部的压力控制为0.7乇。
然后,将RF功率源424的功率定为0.007W/cm2,且馈至偏置棒428以引起辉光放电,并打开闸板427。这样,RF i型层就开始在MWi型层上形成,从而制作层厚为20nm的i型层,随后停止RF辉光放电并停止RF功率源424的输出以结束RF i型层161的制作。将阀门464、454、453和450关闭,使Si2H6和H2停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(9)由制作由a-SiC组成的RF p型层105,首先打开门阀408,将底座部分送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室404和p型层淀积室419。底座部分的加热方式是使其背面与底座部分加热器412紧密接触。然后用真空泵(未示出)将p型层淀积室419内部抽空到压力约为1×10-5乇。
底座部分加热器412被设定成使底座部分的温度达到230℃。当底座部分的温度达到稳定时,用阀门481、471、470、482、472、483、473、484和474将H2、SiH4/H2、B2H6/H2和CH4通过送气管469送入淀积室419。此处,用质量流量计476、477、478和479将H2流速、SiH4/H2流速、B2H6/H2流速和CH4流速分别控制为60SCCm、2SCCm、10SCCm和0.3SCCm,并借助于调节导阀(未示出)的开口,将淀积室419内部的压力控制为1.8乇。
然后将RF功率源423的功率定为0.07W/cm2,并将RF功率馈至等离子形成帽421以引起辉光放电。这样,RF p型层就开始在i型层上形成,从而制得层厚为10nm的RF p型层,随后切断RF功率源以停止辉光放电从而结束RF p型层105的制作。
将阀门472、482、473、483、474、484、471、481和470关闭,使SiH4/H2、B2H6/H2、CH4和H2停止流入p型层淀积室419,然后将p型层淀积室419内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(10)打开门阀409,将底座部分送入用真空泵(未示出)预先抽空了的卸料室405,打开漏阀(未示出)使气体从卸装室405逸出。
(11)在RF p型层105上,用真空淀积方法淀积层厚为70nm的ITO作为透明导电层112。
(12)将带有梳状窗口的掩模置于透明导电层112上,用真空淀积方法淀积带有平坦结构的由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)组成的梳状收集极电极113。
这样就完成了本例光电器件的制作。这种光电器件此处称为SCB5。
参考例B5-1
本例不同于例B5之处在于采用了参考例B1-3的样品(底座部分),在例B1-3中,制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101之后,不经过将衬底温度降低到100℃或更低的步骤而制作由ZnO组成的反射增强层102。除此之外,重复例B5的步骤来制作光电器件。本例光电器件的样品均为“SCB5-1”。
对二种光电器件(即SCB5和SCB5-1),各制备六个器件。对这些光电器件的初始光电转换效率(光电动势/入射光强度),具体地说是光电转换效率、短路电流和开路电压,用相同于例A5的方法进行了评估以获得表B5所示的结果。
表B5所示的初始光电转换效率特性的评估结果的表示方法是以光电器件SCB5的结果(视其为1)为基础对光电器件SCB5-1的结果进行标准化。
表B5 样品光电转换效率 短路电流 开路电压 SCB5 1.00 1.00 1.00 SCB5-1 0.88 0.94 0.94
从表B5所示结果可见,带有用本发明的工艺在例B5中获得的光反射层和反射增强层的光电器件SCB5,在初始光电转换效率特性的各个方面都同时优越于参考例的光电器件SCB5-1。
例B6
在本例中,采用带有以相同于例B1的方法制得的光反射层101和反射增强层102的底座部分,并采用图9所示的多室分隔系统的制造设备,制作了图1所示的光电器件。
图9所示的设备400能进行MWPCVD和RFPCVD。采用这种设备,在反射增强层102上,根据图1所示的层结构,制作了半导体层(103、151、104、161、105)及其它各层。
下面参照图9依其步骤来描述其制造工艺。原料气供应系统(未示出)通过送气管连接于图9所示的设备。原料气筒都被纯化成超高纯度。其上连接有SiH4气筒、CH4气筒、GeH4气筒、Si2H6气筒、PH3/H2(稀释比为0.1%)气筒、B2H6/H2(稀释比为0.2%)气筒、H2气筒、He气筒、SiCl2H2气筒以及SiH4/H2(稀释比为1%)气筒作为原料气筒。
(1)将在例B4中得到的含有衬底及其上制作的光反射层101和反射增强层102的底座部分490(相当于图1中的190)置于安在装料室401中的底座部分传送轨道413上,且用真空泵(未示出)将装料室401内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(2)打开门阀406,将底座部分送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室402和淀积室417中。底座部分490的加热方式是使其背面与底座部分加热器410紧密接触。然后用真空泵(未示出)将淀积室417内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(3)用此法完成了成膜的准备工作之后,通过送气管429将H2气送入淀积室417。再打开阀门441、431和430,并用质量流量计436,将H2气流速控制为300SCCm。用导阀(未示出)将淀积室417内的压力控制为1.2乇。底座部分加热器410设定成使底座部分的温度达到350℃。
(4)在底座部分的温度达到稳定时,制作由μc-Si组成的RF n型层103。
为了制作由μc-Si组成的RF n型层103,用阀门443、433、444和434通过送气管429将SiH4和PH3/H2气体送入淀积室417。此处,用质量流量计438、436和439将SiH4流量、H2流量和PH3/H2流量分别控制为2SCCm、120SCCm和210SCCm,而淀积室417内部的压力被控制为1.2乇。
然后将RF功率源422的功率定为0.06W/cm2,且将RF功率馈至等离子形成帽420以引起辉光放电。这样,RF n型层就开始在底座部分上形成,从而制得层厚为20nm的RF n型层,随后切断RF功率源以停止辉光放电从而结束RF n型层103的制作。使SiH4、PH3/H2和H2气停止流入淀积室417,然后将淀积室内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
接着以下列方法(见图1所示的层结构)相继制作一个由a-Si组成的RF i型层151、一个由a-SiGe组成的MW i型层104、一个由a-Si组成的RF i型层161以及一个由a-SiC组成的RF p型层105。
(5)首先打开门阀407,将底座部分送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室403和i型层淀积室418中。底座部分的加热方法是使其背面与底座部分加热器411紧密接触。然后用真空泵(未示出)将i型层淀积室内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(6)为了制作RF i型层,底座部分加热器411被设定成使底座部分的温度达到300℃。当底座部分被完全加热时,缓慢地打开阀门464、454、450、463和453,使Si2H6和H2气通过送气管449流入i型层淀积室418。此处,用相应的质量流量计459和458将Si2H6流速和H2流速分别控制为4.1SCCm和115SCCm。借助于调节导阀(未示出)的开口,将i型层淀积室418内的压力控制为0.6乇。
然后,将RF功率源424的功率定为0.007W/cm2,且馈至偏置棒428以引起辉光放电,并打开闸板427。这样,i型层就开始在i型层上的RF n型层上形成,从而制作层厚为10nm的i型层,随后停止辉光放电并停止RF功率源的输出以结束RF i型层151的制作。
将阀门464、454、453和450关闭,使Si2H6和H2气停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(7)为了制作MW i型层,底座部分加热器411被设定成使底座部分的温度达到380℃。当底座部分被完全加热时,缓慢地打开阀门461、451、450、462、452、463和453,使SiH4、GeH4和H2气通过送气管449流入i型层淀积室418。此处,用相应的质量流量计456、457和458将SiH4流速、GeH4流速和H2气流速分别控制为52SCCm、45SCCm和250SCCm。借助于调节导阀(未示出)的开口,i型层淀积室418内部的压力被控制为6毫乇。然后将RF功率源424的功率定为0.31W/cm2,且馈至偏置棒428。
之后,将MW功率源(2.45GHz,未示出)的功率定为0.10W/cm2,且将MW功率通过波导426和MW引入窗口425送入i型层淀积室418以引起辉光放电,并打开闸板427。这样,MW i型层就开始在RFi型层上形成,从而制作层厚为0.17μm的i型层,随后将MW辉光放电停止且停止偏置功率源424的输出以结束MW i型层104的制作。将阀门451、452和453关闭,使SiH4、GeH4和H2气停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(8)为了制作RF i型层,底座部分加热器411被设定成使底座部分的温度达到250℃。当底座部分被完全加热时,缓慢地打开阀门464、454、450、463和453,使Si2H6和H2气通过送气管449流入i型层淀积室418。此处,用相应的质量流量计459和458将Si2H6流速和H2流速分别控制为3.5SCCm和110SCCm。借助于调节导阀(未示出)的开口,将i型层淀积室418内部的压力控制为0.6乇。
然后,将RF功率源424的功率定为0.007W/cm2且加至偏置棒428以引起辉光放电,并打开闸板427。这样,RF i型层就开始在MWi型层上形成,从而制得厚度为20nm的i型层,随后停止辉光放电并停止RF功率源424的输出以结束RF i型层161的制作。将阀门464、454、453和450关闭,使Si2H6和H2停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(9)为了制作由a-SiC组成的RF p型层105,首先打开门阀408,将底座部分送入用真空泵(未示出)预先抽空了的传送室404和p型层淀积室419。底座部分的加热方式是使其背面与底座部分加热器412紧密接触。然后用真空泵(未示出)将p型层淀积室419内部抽空到压力约为1×10-5乇。
底座部分加热器412被设定成使底座部分的温度达到230℃。当底座部分的温度达到稳定时,用阀门481、471、470、482、472、483、473、484和474将H2、SiH4/H2、B2H6/H2和CH4通过送气管469送入淀积室419。此处,用质量流量计476、477、478和479将H2流速、SiH4/H2流速、B2H6/H2流速和CH4流速分别控制为65SCCm、2SCCm、10SCCm和0.2SCCm,并借助于调节导阀(未示出)的开口,将淀积室419内部的压力控制为2.0乇。
然后将RF功率源423的功率定为0.007W/cm2,且将RF功率馈至等离子形成帽421以引起辉光放电。这样,RF p型层就开始在i型层上形成,从而制得层厚为10nm的RF p型层,随后将RF功率源关断以停止辉光放电从而结束RF p型层105的制作。
将阀门472、482、473、483、474、484、471、481和470关闭,使SiH4/H2、B2H6/H2、CH4和H2停止流入p型层淀积室419,然后将p型层淀积室419内部和气管内部抽空到压力为1×10-5乇。
(10)打开门阀409,将底座部分送入用真空泵(未示出)预先抽空了的卸料室405,并打开漏阀(未示出),使气体从卸料室405逸出。
(11)用真空淀积方法在RF p型层105上淀积层厚为70nm的ITO作为透明导电层112。
(12)将带有梳状窗口的掩模置于透明导电层112上,用真空淀积方法淀积带有平坦结构的由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)组成的梳状收集极电极113。
这样就完成了本例光电器件的制作。这种光电器件此处称为SCB6。
参考例B6-1
本例不同于例B6之处在于采用了参考例B4-1的样品(底座部分),在例B4-1中,制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101之后,不经过将衬底温度降低到100℃或更低的步骤而制作由ZnO组成的反射增强层102。除此之外,重复例B6的步骤来制作光电器件。此例的光电器件称为“SCB6-1”。
对二种光电器件(即SCB6和SCB6-1),各制备了五个器件。用相同于例A5的方法,对这些光电器件的初始光电转换效率(光电动势/入射光强度)特性,具体地说是光电转换效率、短路电流和开路电压,进行了评估以获得表B6所示的结果。
表B6所示对初始光电转换效率特性的评估结果的表示方法是在光电器件SCB6的结果(视其为1)的基础上对光电器件SCB6-1的结果进行标准化。
表B6 样品光电转换效率 短路电流 开路电压 SCB6 1.00 1.00 1.00 SCB6-1 0.86 0.92 0.93
从表B6所示结果可见,带有用本发明的工艺在例B6中得到的光反射层和反射增强层的光电器件SCB6,在初始光电转换效率特性的所有方面都同时比参考例的光电器件SCB6-1更为优越。
例B7
在本例中,采用图5所示的多室分隔系统的制造设备来制作图3所示器件结构中的光反射层(亦即包括衬底200以及制作在衬底上的光反射层201和反射增强层202的底座部分)。
下面参照图5来描述带有图3所示结构的光反射层和反射增强层的制作工艺。
原料气供应系统(未示出)通过送气管被连接到图5所示的设备。原料气筒都被纯化为超高纯度。其上连接有一个H2气筒、一个Ar气筒和一个He气筒作为原料气筒。Al-Si(95∶5)和ZnO被用作靶。这些都安置成使溅射在真空中得以进行。
用丙酮和异丙醇超声清洗过并用热空气干燥过的0.5mm厚的50×50mm2的不锈钢片被用作衬底(图3中的200)。直流功率源325被连接成溅射功率源,并用直流磁控溅射方法在衬底上制作由Al-Si(95∶5)组成的光反射层101。然后进行后续处理。
下面依其步骤来描述光反射层和反射增强层的制作工艺。
(1)将业已清洗过的衬底390(相当于图3中的200)置于安装在装料室301中的衬底传送轨道313上,并用真空泵(未示出)将装料室301的内部抽空到压力约为1×10-5乇。
(2)打开阀门306,将衬底放入预先由真空泵(没示出)抽空的迁移室302和淀积室320。这样设置衬底390,使其背部与衬底加热器310紧密相接触,并在温度上升率为25℃/sec时进行加热,使衬底温度达到300℃。然后,用真空泵(没示出)抽吸淀积室320的内部,使其压力为3×10-6乇。
(3)通过供气管324向其供给55SCCm的Ar气体,并且操作导阀(没示出)以控制其压力为3毫乇。电流流向环形线圈323,并且从溅射电源325施加390V的DC电源,以引起Ar等离子体。
(4)打开靶闸板325,并且在不锈钢片的表面上形成厚度为0.6μm的Al-Si(95∶5)的光反射层201,随后关闭靶闸板326,以消除等离子体。
(5)提起衬底加热器310,在He气作为衬底冷却气体的情况下,当温度下降率为23℃/sec时,衬底的温度下降至100℃或更低。之后,打开阀门306,将衬底放入预先由真空泵(没示出)抽空的迁移室302和淀积室320。这样设置衬底390,使其背部与衬底加热器311紧密相接触,并在温度上升率为25℃/sec时进行加热,使衬底温度达到310℃。然后,用真空泵(没示出)抽吸淀积室320的内部,使其压力为2×10-6乇。
(6)通过供气管324向其供给45SCCm的Ar气体,并且操作导阀(没示出)以控制其压力为3毫乇。电流流向环形圈323,并且从溅射电源335施加385V的DC电源,以引起Ar等离子体。然后,打开靶闸板336,并且在AL-Si(95∶5)的光反射层201的表面上形成厚度为1.5μm的ZnO反射增强层202,随后关闭靶闸板336,以消除等离子体。
(7)提起衬底加热311,在He气作为衬底冷却气体的情况下,当温度下降率为28℃/sec时,衬底的温度下降至100℃或更低。之后,打开阀门308,将衬底放入预先由真空泵(没示出)抽空的去载室304中。
这样完成根据本实施例的光反射层和反射增强层的形成。
接着,使用具有通过实施例B7的步骤(1)至(7)所形成的光反射层和反射增强层的底座部分,使用一带有图9所示的多室分离系统的装置,制造出如图3所示的三层型光电器件。
下面,描述用于制造光电器件的工艺。
(8)包括衬底和光反射层201和反射增强层202的底座部分(图9的490)放在装置室401的底座部分迁移轨道413上,并且用一真空抽气汞(没示出)抽取装置室401的内部,使其压力约为1×10-5乇。
(9)打开阀门406,将底座部分放入预先由真空泵(没示出)抽取的迁移室402和淀积室417中。这样加热底座部分490,使其背部与底座部分加热器410紧密相接触,然后,用真空抽吸汞(没示出)抽吸淀积室417的内部,使其压力为1×10-5乇。
(10)以这种方式完成膜形成的准备之后,通过供气管429,H2气体送入淀积室417。然后,打开阀门441,413和430,使用大流量控制器436控制H2的气体的流速为500SCCm。使用导阀(没示出)控制淀积室417的内部压力为1.3乇。设置底座部分加热器410,使底座部分的温度为350℃。
(11)底座部分的温度变得稳定时,形成了一包括μC-Si的RF n-型层203。
要形成包括μC-Si的RF n-型层203,操作阀门443,433,444和434,通过供气管429向淀积室417送入SiH4和PH3/H2。这里,气体流量控制器438,436,和439分别控制SiH4,H2和PH3/H2的气体流速,分别为2SCCm,110SCCm和200SCCm,并且淀积室417的内部压力控制为1.2乇。
接着,RF功率源442的功率设定为0.05W/cm2,并且RF功率送至等离子体形成孟420,使其辉光放电。这样,开始在底座部分上RF n-型层的形成,并形成厚度为20μm RF n-型层。随后,关闭RF电源以停止辉光放电,完成RF n-型层203的形成。SiH4气体,PH3/H2气体和H2气体停止流入淀积室417,抽取淀积室的内部和气管的内部,使其压力为1×10-5乇。
接着,在实施例B5的过程之后,顺序地形成下述层:一组成为a-Si的RF i-型层251(相应于RF i-型层151)一组成为a-SiGe的MW i-型层204(相应于MW i-型层104),一组成为a-Si的RF i-型层261(相应于RF i-型层161),一组成为a-SiC的RF p-型层205(相应于RF p-型层105),一组成为μC-Si的RF n-型层206(相应于RF n-型层103),一组成为a-Si的RF i-型层252(相应于RF i-型层151),一组成为a-SiGe的MW i-型层207(相应于MW i-型层104),一组成为a-Si的RF i-型层262(相应于RF i-型层161),一组成为a-SiC的RF p-型层208(相应于RF p-型层105),一组成为μC-Si的RF n-型层209(相应于RF n-型层103),一组成为a-Si的RF i-型层210(相应于RF i-型层161)和一组成为a-SiC的RF p-型层211(相应于RF p-型层105)。
(13)在RF p-型层211上,通过真空淀积法淀积厚度为70nm的ITO,作为透明的导电层212。
(14)在透明导电层212上,放置一带梳状开孔的掩膜,并且通过真空淀积法淀积一平板结构的由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)组成的梳状集电极213。
这样,完成了本实施例的光电器件的制造。该光电器件在这里称为SCB7。表7示出了形成各半导体层RF n-型层,RF i-型层,MW i-型层和RF p-型层的条件。
表B7 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 39 - - 41 100 - - - 0.010 0.11 0.31 370 110 RF i型层(261) - 4.0 - - 105 - - - 0.75 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.9 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 100 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 35 - - 28 120 - - - 0.012 0.12 0.3 350 100 RF i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 1.5 - - 80 - - - 0.8 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
参考例B7-1
本实施例与实施例B7的不同之处在于,在形成AL-Si(95∶5)的光反射层201后,使用底座部分,而省去使衬底的温度降低至100℃或更低的步骤,形成ZnO反射增强层202。除了这一点以外,重复实施例B7的过程制造光电器件,本实施例的光电器件称之为“SCB7-1”。
对于这二种光电器件,即SCB7和SCB7-1,制备了6个器件。在这些光电器件中,特定地描述起始光电转换效率(光电子迁移力/入射光密度)的特性,以实施例A5相同的方式评述光电子转换效率和短路电流,并以下述方式评价光退化特性。结果示于表B8中。
为了测试光退化特性,在用一100mW/cm2的太阳灯,照射温度为50℃的光电器件1000小时之后,评价光电转换效率。
表B8示出了起始光电转换效率特性的评价结果,它是以光电器件SCB7的结果作为1而标准化光电器件SCB7-1的结果。
表B8
表B8 样品光电转换效率 短路电流 光退化特性 SCB7 1.00 1.00 1.00 SCB7-1 0.82 0.89 0.95
从表B8的结果可看出,通过本发明的工艺在实施例B7所得的具有光反射层和反射增强层的光电器件SCB7,同一时间,在起始光电子转换效率的特性和光退化特性方面均优于参考例的光电器件SCB7-1。
实施例B8
在本实施例中,使用采用图7和10所示的一双卷盘系统的制造设备,制造出图3所示的三层型光电器件。
对于衬底,使用长为300m,宽为30m和厚为0.2m的带状不锈钢片。
下面描述光反射层和反射增强层形成工艺。
用于连续地形成图7所示的光反射层的装置顺序地提供有衬底送出室610,多个淀积室611至613和衬底卷起室614,它们通过位于它们之间的分离路径615,616,617和618彼此相连。每个淀积室有一个抽气孔,通过它可以抽取淀积室的内部。送出衬底送出室之后,带状衬底621通过这些淀积室和分离路径,并在衬底卷起室内卷起。同时,这样设计装置,使得气体通过它们的气体送口孔送入各自的淀积室和分离路径,通过各自的抽取孔可以抽出气体,形成各层。
在淀积室612内形成AL-Si(95∶5)的光反射层,并在淀积室613内形成ZnO的反射增强层。在淀积室内部分别带有卤素灯加热器640,641和642,以加热衬底的背部,衬底加热至各淀积室的所述温度。分离路径617和618还具有降低温度的功能,从而在淀积室612和613内分别形成半导体层后,衬底的温度以一给定的速率下降。特别地,在本实施例中,在淀积室612内形成光反射层后,在分离路径617内衬底温度降至100℃或以下。
在淀积室612内,执行磁控管溅射,其中通过气体送入口632送入Ar气体,并使用AL-Si(95∶5)作为目标650。在淀积室613内,执行磁控管溅射或RF磁控管溅射,其中通过气体送入口634送入Ar气体,并使用ZnO作为目标660。在表B9的条件下在带状衬底上形成光反射层和反射增强层之后,在卷起室614内卷起该衬底。
制造该光电器件的工艺将在下面描述。
使用采用图10所示双卷盘系统的制造装置,在实施例A8的相同操作下,个有图3所示层结构的三层型光电器件在下表B10所示的条件下被制备。
接着,象实施例A8,通过真空淀积法,在RF p-型至211上淀积厚度为70nm的ITO,作为透明导电层212。
接着,通过真空淀积,在透明导电层212上,淀积一平板结构的组成为Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)的梳状集电极213。
这样,完成了本实施例的光电器件的制造。该光电器件这里称之为SCB8,形成本实施例的光反射层和反射增强层的条件示于表B9中。表B10示出了形成各半导体层RF n-型层,RF i-型层,MW i-型层和RF p-型层的条件。
表B9 光反射层/反射增强层形成条件
(实施例B8;使用的装置,图7) 光反射层 反射增强层 温度上升率(℃/sec) 13 15 衬底温度(℃) 290 300 Ar气体流速(SCCm) 35 40 压力(毫乇) 3 4 靶种类 Al-Si(95∶5) ZnO 溅射类型 DC DC 溅射电压(V) 385 380 层厚(μm) 0.56 1.1 衬底冷却气体 H2 He 温度下降率(℃/sec) 15 18
表B10 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分 温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 48 - - 49 130 - - - 0.005 0.07 0.28 380 100 RF i型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.50 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 33 - - 26 120 - - - 0.005 0.05 0.28 360 98 RF i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.5 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 2.0 - - 70 - - - 0.8 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
参考例B8-1
本实施例与实施例B8的不同之处在于,在形成AL-Si(95∶5)的光反射层201后,使用底座部分,而省去使衬底的温度降低至100℃或更低的步骤,形成ZnO反射增强层202。除了这一点以外,重复实施例B8的过程制造光电器件,本实施例的光电器件称之为“SCB8-1”。
对于这二种光电器件,即SCB8和SCB8-1,制备了6个器件。在这些光电器件中,特定地描述起始光电转效率(光电子迁移力/入射光密度)的特性,以实施例A5相同的方式评述光电子转换效率和短路电流。并以下述方式评价光退化的特性。结果示于表B11中。
为了测试光退化特性,在用一100mW/cm2的太阳灯,照射温度为50℃的光电器件1000小时之后,评价光电子转换效率。
表B11示出了起始光电子转换效率特性的评价结果,它是以光电器件SCB8的结果作为1而标准化光电器件SCB8-1的结果。
表B11 样品光电转换效率 短路电流 光退化特性 SCB8 1.00 1.00 1.00 SCB8-1 0.82 0.90 0.95
从表B11的结果可看出,通过本发明的工艺在实施例B8所得的具有光反射层和反射增强层的光电器件SCB8,同一时间,在起始光电子转换效率的特性和光退化特性方面均优于对比实施例的光电器件SCB8-1。
实施例B9
在本实施例中,形成光反射层和反射增强层时,温度的上升率的变化范围为2℃/sec到150℃/sec,以检测它在光电器件中对起始光电子转换特性的影响等等。
在本实施例中,除了以下情况,以实施例B8相同的方式制造具有图3所结构的三层型光电器件,即在表B12所示的条件下形成光反射层和反射增强层,在表B13所示的条件下形成半导体层,使用连续形成图7所示的光反射层和反射增强层的装置和连续形成图10所示光电器件半导体层的装置。具体地说,在温度上升率不同的条件下准备了8个样品。
对于这样所得的光电器件的样品,以实施例B5相同的方式评价起始光电子转换效率(光电子迁移力/入射光强度)的特性和光退化特性,所得结果示于表B14。
基于当温度的上升率为2℃/sec时所得样品的测试结果,通过标准化结果,表示表B14所示的各样品特性的评价结果。表中,“C”表示大于或等于1.0而小于1.4;“B”表示大于或等于1.4而小于1.8,并且“A”表示大于或等于1.8。
从表B14所示的结果可知,考虑到光电转换效率,短路电流和光退化特性,在形成光反射层和反射增强层时,温度的上升率优选范围为10℃/sec到100℃/sec。
表B12 光反射层/反射增强层形成条件(实施例B9;使用的装置,图7) 光反射层 反射增强层 温度上升率(℃/sec) 2-250 2-150 衬底温度(℃) 290 310 Ar气体流速(SCCm) 35 40 压力(毫乇) 3 4 靶种类 Al-Si(95∶5) ZnO 溅射类型 DC DC 溅射电压(V) 395 380 层厚(μm) 0.50 1.3 衬底冷却气体 He He 温度下降率(℃/sec) 12 13
表B13 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2) 底座部分 温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 48 - - 51 160 - - - 0.008 0.12 0.31 370 110 RF i型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.65 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 35 - - 27 150 - - - 0.010 0.10 0.3 350 98 RF i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 2.0 - - 55 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表B14温度上升率(℃/sec) 2 8 10 40 70 100 120 150 光电转换效率 C B A A A A B C 短路电流 C B A A A A B C 开路电压 C B A A A A C C
实施例B10
在本实施例中,形成光反射层和反射增强层时,温度的上升率的变化范围为0.2℃/sec到90℃/sec,以检测它在光电器件中对起始光电子转换特性的影响等等。
在本实施例中,除了以下情况,以实施例B8相同的方式制造具有图3所结构的三层型光电器件,即在表B15所示的条件下形成光反射层和反射增强层,在表B16所示的条件下形成半导体层,使用连续形成图7所示的光反射层和反射增强层的装置和连续形成图10所示光电器件半导体层的装置。具体地说,在温度上升率不同的条件下准备了8个样品。
对于这样所得的光电器件的样品,以实施例B5相同的方式评价起始光电子转换效率(光电子迁移力/入射光强度)的特性和光退化特性,所得结果示于表B17。
基于当温度的下降率为0.2℃/sec时所得样品的测试结果,通过标准化结果,表示表B17所示的各样品特性的评价结果。表中,“C”表示大于或等于1.0而小于1.4,“B”表示大于或等于1.4而1.8,并且“A”表示大于或等于1.8。
从表B17所示的结果可知,考虑到光电转换效率,短路电流和光退化特性,在形成光反射层和反射增强层时,温度的下降率优选范围为1℃/sec到50℃/sec。
表B15 光反射层/反射增强层形成条件
(实施例B10;使用的装置,图7) 光反射层 反射增强层 温度上升率(℃/sec) 30 15 衬底温度(℃) 295 320 Ar气体流速(SCCm) 40 45 压力(毫乇) 4 4 靶种类 Al-Si(95∶5) ZnO 溅射类型 DC DC 溅射电压(V) 385 395 层厚(μm) 0.7 2.0 衬底冷却气体 H2 He 温度下降率(℃/sec) 0.2-90 0.2-90
表B16 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 48 - - 51 140 - - - 0.007 0.10 0.32 370 100 RF i型层(261) - 4.0 - - 105 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 35 - - 29 120 - - - 0.011 0.10 0.3 350 98 RF i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 2.0 - - 60 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表B17 温度下降速率 (℃/sec.) 0.2 0.8 1 10 30 50 70 90 光电转换效率 C A A A A A B C 短路电流 C B A A A A B B 开路电压 C B A A A A B C
例B11
在本例中,当生产光电器件的底座部分时,Al-Si(90∶10)被用作形成光反射层的靶,以获得具有相同成份的光反射层。然后,利用光电器件的该底座部分制成三层型光电器件,以检查其对初始光电转换特性的影响如何。
在本例中,图3所示的三层型光电器件也是以与例B8中相同的方法,使用采用图7和10所示的双卷盘系统的生产设备生产的。
衬底使用长300m、宽30cm、厚0.5mm的带形不锈钢板。
本例中的光电器件的生产方法与例B8相同,只是在通过溅射形成光反射层时用Al-Si(90∶10)合金作靶,光反射层和反射增强层是在表B18所示的底座部分形成条件(形成光反射层和光反射增强层的条件)下形成的,相应的半导体层RF n型层、RF i型层、MW i型层和RFp型层是在表B19所示条件下形成的。该光电器件这里称作SCB11。
表B18
光反射层/反射增强层形成条件
(例B11;所用设备图7) 光反射层 Al-Si(90∶10)反射增强层:ZnO温度升高速率:(℃/sec) 衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm) 压力:(毫乇) 10 290 35 3 10 290 30 4 靶类型: 溅射类型: 溅射电压:(V) 层厚:(μm) 衬底冷却气体:温度下降率:(℃/sec.) Al-Si(90∶10) DC 380 0.7 H2 18 ZnO DC 380 1.2 He 18
表B19 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 47 - - 49 135 - - - 0.005 0.07 0.28 380 100 RF i型层(261) - 4.0 - - 120 - - - 0.50 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 33 - - 25 130 - - - 0.005 0.05 0.28 360 98 RF i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.5 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 2.0 - - 60 - - - 0.8 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
参考例B11-1
该例与例B11的不同之处在于使用一个底座部分,在形成Al-Si(90∶10)光反射层201之后,形成ZnO反射增强层202,而无需将衬底温度降到100℃或更低的步骤。除此之外,重复例B11的工艺过程以生产光电器件。本例的光电器件称为“SCB11-1”。对两种光电器件的任一种,即SCB11和SCB11-1,都要准备七个器件。对于这些光电器件,尤其要指出的初始光电转换效率(光电电动势/入射光强度)、光电转换效率和短路电流,和光退化各特性是以与例A5中相同的方法进行评价的,从而得出表B20所示的结果。
表B20中所示的对初始光电转换效率特性的评价结果是通过把光电器件SCB11的结果看作1对光电器件SCB11-1的结果进行标准化而示出的。
表B20 样品光电转换效率 短路电流 光退化特性 SCB11 1.00 1.00 1.00 SCB11-1 0.81 0.91 0.95
从表B20所示的结果可以看出,在例B11中通过本发明的工艺得到的具有光反射层和反射增强层的光电器件SCB11,在所有初始光电转换效率特性和光退化特性方面均优于参考例中的光电器件SCB11-1。
例C1
在本例中,构成图2所示的器件的底座部分190是用图6所示的包括多室分离系统的设备生产的。具体说,中间层199、光反射层101和反射增强层102是在衬底100上形成的。
下面将按照工艺过程描述该生产工艺。原料气给进系统(未示出)通过气体给进管连接到图6所示的设备。原料气柱均以超高纯度被纯化。H2气柱、Ar气柱和He气柱与原料气柱相连,用Al-Si(95∶5)、Ag和ZnO作靶。从而使溅射可在真空中进行。
衬底(图2中的100)使用0.5mm厚、50×50mm2的不锈钢板,用丙酮和异丙醇进行超声波净化,然后进行热空气烘干。溅射源与DC电源3325相连,并且通过DC磁溅射在衬底上形成Al-Si(95∶5)的中间层199。然后完成后续工艺。
下面将按照图6的工艺过程详细描述上述生产工艺。
(1)经过净化的衬底300(相应于图2的100)。放在设在装载室3301上的衬底传送轨3313上,装载室3301内用真空泵(未示出)排空,其压力约为1×10-5乇。
(2)打开门阀3306以将衬底送入已由真空泵(未示出)抽成真空的传送室3302和淀积室3320。衬底3390的设置使得其背面与衬底加热器3310紧密相连,并当以13℃/s升高温度时被加热,使衬底温度达到160℃。淀积室3320内由真空泵(未示出)抽空,使之压力约为3×10-6乇。
(3)37SCCm的Ar气通过气体给进管3324给进,操作导阀以控制压力到4毫乇。电流流过环形线圈3323,并从溅射源3325加上380V的DC电压以产生Ar等离子体。
(4)打开靶溅射3326,在不锈钢板的表面形成一层厚为0.01μm的Al-Si(95∶5)中间层199,随后关闭靶溅射器3326以消除等离子体。
(5)使衬底加热器3310升起,当在He气作衬底冷却气的环境中以6℃/s降低温度时,衬底温度降到100℃或更低。此后,门阀3307打开,将衬底送入已被真空泵(未示出)抽空的传送室3303和淀积室3330。衬底的设置使得其背面与衬底加热器3311紧密相连,并当以13℃/s升高温度时被加热,使衬底温度达到290℃。然后,用真空泵(未示出)将淀积室3330的内部抽空,使压力约为2×10-6乇。
(6)45SCCm的Ar气通过气体给进管3334给进,操作导阀(未示出)以控制压力为4毫乇。电流流过环形线圈3333,并从溅射源3335加上380V的DC电压,以产生Ar等离子体。然后,打开靶溅射器3336,在Al-Si(95∶5)的中间层199的表面上形成厚度为0.5μm的银的光反射层101,随后关闭靶溅射器3336以消除等离子体。
(7)使衬底加热器3311升起,当以6℃/s在He气作衬底冷却气的环境中降低温度时,衬底温度被降低到100℃或更低。此后,打开门阀3308将衬底送入已被真空泵(未示出)抽空的传送室3304和淀积室3340。衬底3390设置成使其背面与衬底加热器3312紧密相连,并在以12℃/s升高温度被加热,使衬底温度达到290℃。然后,用真空泵(未示出)将淀积室3340的内部抽空,使压力约为3×10-6乇。
(8)45SCCm的Ar气通过气体给进管3344给进,操作导阀(未示出)以控制压力为4毫乇。电流流过环形线圈3343,并从溅射源3345加上385V的DC电压,以产生Ar等离子体。接下来,打开靶溅射器3346,在银的光反射层101的表面上形成厚度为1.2μm的ZnO反射增强层102,随后,关闭靶溅射器3346,以消除等离子体。
(9)使衬底加热器3312升起,当以5℃/s在He气作为衬底冷却气的大气中降低温度时,衬底温度被降低到100℃或更低。此后,打开门阀3309,将衬底送入已用真空泵(未示出)抽空的卸料室3305。
这样,本例的光电器件底座部分(图2中的190)的生产就完成了。这种光电器件底座部分的样品称作“SC1”。
参考例C1-1
本例与例C1的不同之处仅在于当形成Al-Si(95∶5)中间层199时,衬底温度被设为10℃。除此之外,重复例C1的工艺过程以生产底座部分样品。本例的光电器件底座部分样品称为“SC1-1”。
参考例C1-2
本例与例C1的不同之处仅在于当形成Al-Si(95∶5)中间层199时,衬底温度被设为60℃。除此之外,例C1的工艺过程被重复以生产样品。本例的光电器件底座部分的样品称为“SC1-2”。
参考例C1-3
本例与例C1的不同之处仅在于当形成Ag光反射层101时,衬底温度被设为150℃。除此之外,则是重复例C1的工艺过程以生产样品。本例的光电器件底座部分的样品称为“SC1-3”。
参考例C1-4
本例与例C1的不同之处仅在于当形成Ag光反射层101时,衬底温度被设为550℃。除此之外,则重复例C1的工艺过程以生产样品。本例的光电器件底座部分的样品称为“SC1-4”。
参考例C1-5
本例与例C1的不同之处仅在于在形成Ag光反射层101后,形成ZnO反射增强层102,而不需使衬底温度降到100℃或更低的步骤。除此之外,则重复例C1的工艺过程以生产样品。本例的光电器件底座部分的样品称为“SC1-5”。
参考例C1-6
本例与例C1的不同之处仅在于当形成ZnO反射增强层102时,衬底温度被设为150℃。除此之外,则重复例C1的工艺过程以生产样品。本例的光电器件底座部分的样品称为“SC1-6”。
参考例C1-7
本例与例C1的不同之处仅在于当形成ZnO反射增强层102时,衬底温度被设为450℃。除此之外,则重复例C1的工艺过程以生产样品,本例的光电器件底座部分的样品称为“SC1-7”。
对于8种光电器件底座部分样品的每一个,即SC1和SC1-1到SC1-7,都要准备四个样品。对光电器件底座部分的这些样品进行弯曲剥离测试以检查它们的环境适应性从而得出表C1所示的结果。
弯曲剥离测以下述方式进行:各光电器件被取出,在高温和高湿的环境(温度80℃;湿度:82%RH)中放置110小时,而后重复进行弯曲测试20次。此外,对于弯曲部分,用10kg的重物在50cm高处下落20次,并用日立公司生产的扫描电显微镜(SEM)(型号:S-4500;放大倍数:50,000X)观察底座部分的任何剥离。
在表C1示出的弯曲剥离测试的结果中,字母“A”表示没有发生剥离,“B”表示发生剥离。
对于上述样品,也要测量光反射性,从测量结果中以与例A1相同的方式评价总反射和散射,以得出表C1所示的结果。
对于每个样品,表C1示出的总反射和散射结果是通过将样品SC1的结果作为1对样品SC1-1到SC1-7进行标准化而示出的。
表C1 样品 弯曲剥离测试 总反射率 漫反射 SC1 A 1.00 1.0 SC1-1 B 1.00 1.0 SC1-2 B 1.00 1.0 SC1-3 A 1.00 0.59 SC1-4 A 0.97 0.90 SC1-5 A 0.82 0.88 SC1-6 A 0.92 0.77 SC1-7 A 0.87 0.91
从表C1所示的结果可以看出,例C1的光电器件底座部分在光反射特性和底座部分要求的环境适应性方面均优于参考例中的光电器件底座部分SC1-1到SC1-7。
例C2
本例不同于例C1之处在于用H2气代替He气作衬底冷却气来形成光反射层。
和例C1相同,构成图2所示的光电器件的底座部分190是利用图6所示的包括多室分离系统的设备生产。具体说,是在衬底100上形成中间层199、光反射层101和反射增强层102。
下面将按照其工艺过程描述其生产过程。原料气给进系统(未示出)通过气体给进管连接到图6所示的设备。原料气柱均以超高纯度纯化。H2气柱、Ar气柱和He气柱连接到原料气柱。Al-Si(95∶5)、Ag和ZnO用作靶。如此设置能使溅射在真空中进行。
衬底(图2中的100)使用0.5mm厚、50×50mm2的不锈钢板,用丙酮和异丙醇进行超声波净化,然后进行热空气烘干。DC电源3325与溅射源相连,通过DC磁子溅射在衬底上形成Al-Si(95∶5)中间层199 。然后完成后续工艺。
下面将按图6的工艺过程详细描述上述生产过程。
(1)经净化的衬底3390(对应于图2中的100)放在装载室3301中衬底传送轨3313上,装载室3301的内部用真空泵(未示出)抽空,以其压力约为1×10-5乇。
(2)打开门阀3306,将衬底送进已用真空泵(未示出)抽空的传送室3302和淀积室3320。衬底3390设置成其背面与衬底加热器3310紧密相连,并当以15℃/s升高温度时被加热,使衬底温度达到250℃。然后,用真空泵(未示出)将淀积室3320内部抽空,以其压力约为3×10-6乇。
(3)42SCCm的Ar气通过气体给进管3324给进,操作导阀(未示出)以控制压力为4毫乇。电流流过环形线圈3323,并从溅射源3325加上375V的DC电压以产生Ar等离子体。
(4)打开靶溅射器3326,在不锈钢板的表面上形成0.015μm厚的Al-Si(95∶5)中间层199(图2),此后,关闭靶溅射器3326以消除等离子体。
(5)使衬底加热器3310升起,当在H2气作衬底冷却气的环境中以6℃/s降低温度时,衬底温度降到100℃或更低。此后,门阀3307打开,将衬底送入已被真空泵(未示出)抽空的传送室3303和淀积室3330。衬底3390的设置使得其背面与衬底加热器3311紧密相连,并当以16℃/s升高温度时被加热,使衬底温度达到290℃。然后,用真空泵(未示出)将淀积室3330的内部抽空,使压力约为2×10-6乇。
(6)38SCCm的Ar气通过气体给进管3334给进,操作导阀(未示出)以控制压力为4毫乇。电流流过环形线圈3333等并从溅射源3335加上380V的DC电压,以产生Ar等离子体。然后,打开靶溅射器3336,在Al-Si(95∶5)的中间层199的表面上形成厚度为0.6μm的银的光反射层101,随后关闭靶溅射器3336以消除等离子体。
(7)使衬底加热器3311升起,当以8℃/s在He气作衬底冷却气的环境中降低温度时,衬底温和淀积室3340。衬底3390设置成使其背面与衬底加热器3312紧密相连,并在以13℃/s升高温度被加热,使衬底温度达到315℃。然后,用真空泵(未示出)将淀积室3340的内部抽空,使压力约为3×10-6乇。
(8)45SCCm的Ar气通过气体给进管3344给进,操作导阀(未示出)以控制压力为4毫乇。电流流过环形线圈3343,并从溅射源3345加上385V的DC电压,以产生Ar等离子体。接下来,打开靶溅射器3346,在银的光反射层101的表面上形成厚度为1.5μm的ZnO反射增强层102,随后,关闭靶溅射器3346,以消除等离子体。
(9)使衬底加热器3312升起,当以16℃/s在H2气作为衬底冷却气的大气中降低温度时,衬底温度被降低到100℃或更低。此后,打开门阀3309,将衬底送入已用真空泵(未示出)抽空的卸料室3305。
这样,本例的光电器件底座部分(图2中的190)的生产就完成了。这种光电器件底座部分的样品称作“SC2”。
参考例C2-1
本例与例C1的不同之处仅在于在形成Ag光反射层101后,形成ZnO反射增强层102,而不需使衬底温度降到100℃或更低的步骤。除此之外,则重复例C2的工艺过程以生产样品。本例的光电器件底座部分的样品称为“SC2-1”。
对于2种光电器件底座部分样品的每一个,即SC2和SC2-1到SC1-7,都要准备五个样品。对光电器件底座部分的这些样品进行弯曲剥离测试以检查它对环境的适应性。也测量光反射性并根据测量结果以与例C1相同的方式评价总反射和总散射。其结果示于表C2中。
在表C2示出的弯曲剥离测试的结果中,字母“A”表示没有发生剥离“C”表示发生剥离。
表C2示出的总反射和散射结果是通过将样品SC2的结果作为1对样品SC2-1进行标准化而示出的。
表C2 样品 弯曲剥离测试 总反射率 漫反射 SC2 A 1.00 1.0 SC2-1 C 0.79 0.80
从表C2所示的结果可以看出,例C2的光电器件底座部分SC2在光反射特性和底座部分要求的环境适应性方面均优于参考例中的光电器件底座部分SC2-1。
例C3
本例不同于例C1之处在于用Ar气代替He气作衬底冷却气来形成光反射层。
和例C1相同,构成图2所示的光电器件的底座部分190是利用图6所示的包括多室分离系统的设备生产。具体说,是在衬底100上形成中间层199、光反射层101和反射增强层102。
它们的生产过程将按照其工序叙述如下。对图6所示装置,通过气体给进管连接原原料气给进系统(未示出)。原原料气筒全部在超高纯度下净化。至于原原料气筒,有氢气瓶、氩气瓶和氦气瓶与其连接。铝-硅(95∶5)、银和氧化锌用作靶。提供这些条件以便能在真空中执行溅射。
至于衬底(图2中100),使用0.5mm厚和50×50mm2的不锈钢板,其用丙酮和异丙醇经受超声波清洁,随后用热空气干燥。至于溅射电源,连接直流电源3325,并且通过直流磁控管溅射在衬底上形成铝-硅(95∶5)中间层199。然后执行后续处理。
上述生产过程将参考图6按照其工序叙述如下。
(1)已经被清洁的衬底3390(与图2中100相对应)安置在装载室3301中设置的衬底转运轨3313上,并且装载室3301的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为1×10-5Torr。
(2)打开门阀3306,以把衬底运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室3302和溅射室3320。衬底3390以这样方式安置,即使其背部与衬底加热器3310紧密接触,并且当以11℃/sec的速度升温之时使之加热,以使衬底温度达到220℃。然后,溅射室3320的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为3×10-6Torr。
(3)通过气体给进管3324对其供入37sccm的氩气,并且操作一个导阀(未示出),以把压力控制为4mTorr。使电流流到环形线圈3323,并且从溅射电源3325施加375V的直流电,以引起氩等离子气体。
(4)打开靶闸板3326,并且在不锈钢板的表面上形成一层0.008μm厚的铝-硅(95∶5)中间层199(图2),随后关闭靶闸板3326,以消除等离子气体。
(5)升起衬底加热器3310,并且在用作衬底冷却气体的氩气环境中,当以4℃/sec的速度降温之时,使衬底温度降到100℃或以下,其后,打开门阀3307,以把衬底运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室3303和溅射室3330。衬底3390以这样方式安置,即使其背部与衬底加热器3311紧密接触,并且当以17℃/sec的速度升温之时使之加热,以使衬底温度达到290℃。然后,溅射室3330的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为2×10-6Torr。
(6)通过气体给进管3334对其供入42sccm的氩气,并且操作一个导阀(未示出),以把压力控制为4mTorr。使电流流到环形线圈3333,并且从溅射电源3335施加380V的直流电,以引起氩等离子气体。然后,打开靶闸板3336,并且在铝-硅(95∶5)中间层199的表面上形成一层0.7μm厚的银光反射层101(图2),随后关闭靶闸板3336,以消除等离子气体。
(7)升起衬底加热器3311,并且在用作衬底冷却气体的氩气环境中,当以3℃/sec的速度降温之时,使衬底温度降到100℃或以下,其后,打开门阀3308,以把衬底运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室3304和溅射室3340。衬底3390以这样方式安置,即使其背部与衬底加热器3312紧密接触,并且当以13℃/sec的速度升温之时使之加热,以使衬底温度达到310℃。然后,溅射室3340的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为3×10-6Torr。
(8)通过气体给进管3344对其供入44sccm的氩气,并且操作一个导阀(未示出),以把压力控制为4mTorr。使电流流到环形线圈3343,并且从溅射电源3345施加380V的直流电,以引起氩等离子气体。然后,打开靶闸板3346,并且在银光反射层101的表面上形成一层1.1μm厚的氧化锌反射增强层102,随后关闭靶闸板3346,以消除等离子气体。
(9)升起衬底加热器3312,并且在用作衬底冷却气体的氩气环境中,当以5℃/sec的速度降温之时,使衬底温度降到100℃或以下,其后,打开门阀3309,以把衬底运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的装载室3305。
这样,完成了本例光电器件底座部分(图2中190)的生产。本光电器件底座部分的样品称为“SC3”。
参考例C3-1。
本例不同于例C3,即不形成铝-硅(95∶5)中间层199,并且在形成银光反射层101之后,不采用使衬底温度降到100℃或以下的工序,以形成氧化锌反射增强层102。除这些要点之外,重复例C3的工序以生产样品。本例光电器件底座部分的样品称为“SC3-1”。
对每两种光电器件底座部分样品,即SC3和SC3-1,准备5个样品。相当于这些光电器件底座部分样品,以与例C1同样方式执行弯曲剥离测试,以检查它们的环境抵抗力。光反射率亦被测量,并且根据所得到的测量数据,以与例C1同样方式估计总反射率和漫反射率。所得到的结果一并示于表C3。
在表C3所示的弯曲剥离测试的结果中,字符“A”指示根本没发生剥离的实例,以及“C”指示相当部分发生剥离的实例。表C3所示总反射率和漫反射率的结果指示对各光电器件底座部分样品,在样品SC3的结果看作1的条件下,把样品SC3-1的结果标准化。
表C3 样品 弯曲剥离测试 总反射率 漫反射率 SC3 A 1.00 1.0 SC3-1 C 0.80 0.79
如从表C3所示结果可见,例C3的光电器件底座部分SC3同时在反光特性和底座部分所要求的环境抵抗力方面比参考例的光电器件底座部分SC3-1优良。还可见氩气用作衬底冷却气体有效。
实例C4
本实例不同于实例C1,即当形成氧化锌反射增强层102时,混合使用氩气和氧气来代替单独使用氩气,以生产光电器件底座部分。
与实例C1相同,由图2所示光电器件构成的底座部分190使用如图6所示的多室分离系统的装置来生产。更准确地说,在衬底100上形成中间层199、光反射层101和反射增强层102。
它们的生产过程将按照其工序叙述如下。对图6所示装置,通过气体给进管连接原原料气给进系统(未示出)。原原料气筒全部在超高纯度下净化。至于原原料气筒,有氢气瓶、氩气瓶和氦气瓶与其连接。铝-硅(95∶5)、银和氧化锌用作靶。提供这些条件以便能在真空中执行溅射。
至于衬底(图2中100),使用0.5mm厚和50×50mm2的不锈钢板,其用丙酮和异丙醇经受超声波清洁,随后用热空气干燥。至于溅射电源,连接直流电源3325,并且通过直流磁控管溅射在衬底上形成铝-硅(95∶5)中间层199。然后执行后续处理。
上述生产过程将参考图6按照其工序叙述如下。
(1)已经被清洁的衬底3390(与图2中100相对应)安置在装载室3301中设置的衬底转运轨3313上,并且装载室3301的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使真空压力大约为1×10-5Torr。
(2)打开门阀3306,以把衬底运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室3302和溅射室3320。衬底3390以这样方式安置,即使其背部与衬底加热器3310紧密接触,并且当以12℃/sec的速度升温之时使之加热,以使衬底温度达到290℃。然后,溅射室3320的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为3×10-6Torr。
(3)通过气体给进管3324对其供入45sccm的氩气,并且操作一个导阀(未示出),以把压力控制为3mTorr。使电流流到环形线圈3323,并且从溅射电源3325施加370V的直流电,以引起氩等离子气体。
(4)打开靶闸板3326,并且在不锈钢板的表面上形成一层0.01μm厚的铝-硅(95∶5)中间层199(图2),随后关闭靶闸板3326,以消除等离子气体。
(5)升起衬底加热器3310,并且在用作衬底冷却气体的氦气环境中,当以7℃/sec的速度降温之时,使衬底降到100℃或以下,其后,打开门阀3307,以把衬底运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室3303和溅射室3330。衬底3390以这样方式安置,即使其背部与衬底加热器3311紧密接触,并且当以16℃/sec的速度升温之时使之加热,以使衬底温度达到290℃。然后,溅射室3330的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为2×10-6Torr。
(6)通过气体给进管3334对其供入52sccm的氩气,并且操作一个导阀(未示出),以把压力控制为4mTorr。使电流流到环形线圈3333,并且从溅射电源3335施加375V的直流电,以引起氩等离子气体。然后,打开靶闸板3336,并且在铝-硅(95∶5)中间层199的表面上形成一层0.6μm厚的银光反射层101(图2),随后关闭靶闸板3336,以消除等离子气体。
(7)升起衬底加热器3311,并且在用作衬底冷却气体的氦气环境中,当以5℃/sec的速度降温之时,使衬底温度降到100℃或以下,其后,打开门阀3308,以把衬底运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室3304和溅射室3340。衬底3390以这样方式安置,即使其背部与衬底加热器3312紧密接触,并且当以17℃/sec的速度升温之时使之加热,以使衬底温度达到315℃。然后,溅射室3340的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为3×10-6Torr。
(8)通过气体给进管3344对其供入42sccm的氩气和42sccm的氧气,并且操作一个导阀(未示出),以把压力控制为2mTorr。使电流流到环形线圈3343,并且从溅射电源3345施加380V的直流电,以引起氩/氧等离子气体。然后,打开靶闸板3346,并且在银光反射层101的表面上形成一层1.5μm厚的氧化锌反射增强层102(图2),随后关闭靶闸板3346,以消除等离子气体。
(9)升起衬底加热器3312,并且在用作衬底冷却气体的氦气环境中,当以20℃/sec的速度降温之时,使衬底温度降到100℃或以下,其后,打开门阀3309,以把衬底运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的装载室3305。
这样,完成了本例光电器件底座部分(图2中190)的生产。本光电器件底座部分的样品称为“SC4”。
参考例C4-1。
本例不同于例C4,即不形成铝-硅(95∶5)中间层199,并且在形成银光反射层101之后,不采用使衬底温度降到100℃或以下的工序,以形成氧化锌反射增强层102。除这些要点之外,重复例C4的工序以生产样品。本例光电器件底座部分的样品称为“SC4-1”。
对每两种光电器件底座部分样品,即SC4和SC4-1,准备4个样品。相当于这些光电器件底座部分样品,以与例C1同样方式执行弯曲剥离测试,以检查它们的环境抵抗力。光反射率亦被测量,并且根据所得到的测量数据,以与例C1同样方式估计总反射率和漫反射率。所得到的结果一并示于表C4。
在表C4所示的弯曲剥离测试的结果中,字符“A”指示根本没发生剥离的实例,以及“C”指示相当部分发生剥离的实例。表C4所示总反射率和漫反射率的结果指示对各光电器件底座部分样品,在样品SC4的结果看作1的条件下,把样品SC4-1的结果标准化。
表C4 样品 弯曲剥离测试 总反射率 漫反射率 SC4 A 1.00 1.0 SC4-1 C 0.80 0.81
如从表C4所示结果可见,例C4的光电器件底座部分SC4同时在反光特性和底座部分所要求的环境抵抗力方面比参考例的光电器件底座部分SC4-1优良。
实例C5
在本实例中,使用以与实例C1相同方式形成的光电器件底座部分(样品),以及使用应用了图9所示多室分离系统的装置,来生产如图2所示的光电器件。
图9所示装置400既能执行MWPCVD又能执行RFPCVD。使用本装置,按照如图2所示的层布置,在反射增强层102上形成半导体层(103,151,104,161,105)和其它层。
它们的生产过程将参考图9按照其工序叙述如下。对图9所示装置,通过气体给进管连接原原料气给进系统(未示出)。原原料气筒全部在超高纯度下净化。至于原原料气筒,有SiH4气瓶、CH4气瓶、GeH4气瓶、Si2H6气瓶、PH3/H2(稀释:0.1%)气瓶、B2H6/H2气瓶(稀释:0.2%)、H2气瓶、He气瓶、SiCl2H2气瓶和SiH4/H2(稀释:1%)气瓶与其连接。
(1)包括衬底及在其上形成的中间层199、光反射层101和反射增强层102的底座部分490(与图2中190相对应)安置在装载室401中设置的底座部分转运轨413上,并且装载室401的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为1×10-5Torr。
(2)打开门阀406,以把底座部分运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室402和溅射室417。底座部分490以这样方式加热,即使其背部与底座部分加热器410紧密接触。然后,溅射室417的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为1×10-5Tor。
(3)在这样完成成膜准备之后,通过气体给进管429对溅射室417供入氢气。然后,打开阀441、431和430,并且用质量流控制器436把氢气流速控制为300sccm。溅射室417内部的压力用一个导阀(未示出)控制为1.1Torr。安置底座部分加热器410,以使底座部分温度达到350℃。
(4)在底座部分温度变得稳定时,形成由μc-Si组成的射频n型层103。
为了形成由μc-Si组成的射频n型层103,操作阀443、433、444和434,以通过气体给进管429对溅射室417供入SiH4气体和PH3/H2气体。这里,SiH4气体流速、PH3/H2气体流速和H2气体流速用质量流控制器438、436和439分别控制为2sccm、120sccm和200sccm,并且溅射室417内部的压力控制为1.1Torr。
然后,使RF功率源422的功率设置为0.05W/cm2,并且射频功率供给等离子体形成杯420,以引起辉光放电发生。这样,开始在底座部分上形成射频n型层,并且形成一层18nm厚的射频n型层,随后断开RF功率源,停止辉光放电,以完成射频n型层103的形成。使SiH4气体、PH3/H2气体和H2气体停止流入溅射室417,并且然后抽空溅射室内部和气管内部,以使压力为1×10-5Torr。
随后,相继按如下方式形成由a-Si组成的射频i型层151、由a-SiGe组成的微波i型层104、由a-Si组成的射频i型层161和由a-SiC组成的射频p型层101。
(5)首先,打开门阀407,以把底座部分运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室403和i型层溅射室418。底座部分以这样方式加热,即使其背部与底座部分加热器411紧密接触。然后,i型层溅射室418的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为1×10-5Torr。
(6)为了形成射频i型层,设置底座部分加热器411,以使底座部分温度达到280℃。在底座部分被适当加热时,缓慢打开阀464、454、450、463和453,以使Si2H6气体和H2气体通过气体给进管449流入i型层溅射室418。这里,Si2H6气体流速和H2气体流速分别用对应的质量流控制器459和458控制为4sccm和110sccm。通过调节导阀(未示出)的开口,使i型层溅射室418内部的压力控制为0.6Torr。
然后,使RF功率源424的功率设置为0.008W/cm2,并且施加到偏置杆428以引起辉光放电发生,并且打开闸门427。这样,开始在射频n型层上形成i型层,并且形成一层10nm厚的i型层,随后停止射频辉光放电,并且停止RF功率源的输出,以完成射频i型层151的形成。
关闭阀464、454、453和450,以停止Si2H6气体和H2气体流入i型层溅射室418,并且然后抽空i型层溅射室418内部和气管内部,以使压力为1×10-5Torr。
(7)为了形成微波i型层,设置底座部分加热器411,以便底座部分温度达到380℃。在底座部分被适当加热时,缓慢打开阀461、451、450、462、452、463和453,以使SiH4气体、GeH4气体和H2气体通过气体给进管449流入i型层溅射室418。这里,SiH4气体流速、GeH4气体流速和H2气体流速分别用对应的质量流控制器456、457和458控制为45sccm、39sccm和160sccm。通过调节导阀(未示出)的开口,使i型层溅射室418内部的压力控制为5mTorr。然后,使RF功率源424的功率设置为0.30W/cm2,并且施加到偏置杆428。
其后,使微波电源(2.45GHz)(未示出)的功率设置为0.08W/cm2,并且通过波导426和微波引入窗425,使微波功率供入i型层溅射室418,以引起辉光放电发生,并且打开闸门427。这样,开始在射频i型层上形成微波i型层,并且形成一层0.17μm厚的i型层,随后停止微波辉光放电,并且停止偏压电源424的输出,以完成微波i型层104的形成。关闭阀451、452和453,以使SiH4气体、GeH4气体和H2气体停止流入i型层溅射室418,并且然后抽空i型层溅射室418内部和气管内部,以使压力为1×10-5Torr。
(8)为了形成射频i型层,设置底座部分加热器411,以使底座部分温度达到250℃。在底座部分被适当加热时,缓慢打开阀464、454、450、463和453,以使Si2H6气体和H2气体通过气体给进管449流入i型层溅射室418。这里,Si2H6气体流速和H2气体流速分别用对应的质量流控制器459和458控制为3sccm和90sccm。通过调节导阀(未示出)的开口,使i型层溅射室418内部的压力控制为0.7Torr。
然后,使RF功率源424的功率设置为0.007W/cm2,并且施加到偏置杆428以引起辉光放电发生,并且打开闸门427。这样,开始在微波i型层上形成射频i型层,并且形成一层20nm厚的i型层,随后停止射频辉光放电,并且停止RF功率源424的输出,以完成射频i型层161的形成。关闭阀464、454、453和450,以停止Si2H6气体和H2气体流入i型层溅射室418,并且然后抽空i型层溅射室418内部和气管内部,以使压力为1×10-5Torr。
(9)为了形成由a-SiC组成的射频p型层105,首先,打开门阀408,以把底座部分运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室404和p型层溅射室419。底座部分以这样方式加热,即使其背部与底座部分加热器412紧密接触。然后,用真空泵(未示出)抽空p型层溅射室419的内部,以使压力大约为1×10-5Torr。
设置底座部分加热器412,以使底座部分温度达到230℃。在底座部分温度变得稳定时,操作阀481、471、470、482、472、483、473、484和474,以使H2气体、SiH4/H2气体、B2H6/H2气体和CH4气体通过气体给进管469供入溅射室419。这里,H2气体流速、SiH4/H2气体流速、B2H6/H2气体流速和CH4气体流速分别用质量流控制器476、477、478和479控制为60sccm、2sccm、15sccm和0.3sccm,并且通过调节导阀(未示出)的开口,使溅射室419内部的压力控制为1.8Torr。
然后,使RF功率源423的功率设置为0.07W/cm2,并且射频功率供给等离子体形成杯421,以引起辉光放电发生。这样,开始在i型层上形成射频p型层,并且形成一层10nm厚的射频p型层,随后断开RF功率源,停止辉光放电,以完成射频p型层105的形成。
关闭阀472、482、473、483、474、484、471、481和470,以停止SiH4/H2气体、B2H6/H2气体、CH4气体和H2气体流入p型层溅射室419,并且然后抽空p型层溅射室419内部和气管内部,以使压力为1×10-5Torr。
(10)打开门阀409,以把底座部分运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的装载室405,并且打开一个漏阀(未示出),以让气体从装载室405漏出。
(11)在射频p型层105上,如透明导电层112那样通过真空溅射,溅射一层70nm厚的ITO。
(12)在透明导电层112上,安置一个带有梳状开口的掩模,并且通过真空溅射,溅射由铬(40nm)/银(1,000nm)/铬(40nm)组成的具有光平结构的梳状集电极113。
这样,完成本例光电器件的制造。本光电器件这里称为SCC5。
参考例C5-1。
本例不同于例C5,即不在衬底上形成铝-硅(95∶5)中间层199,并且在形成银光反射层101之后,不采用使衬底温度降到100℃或以下的工序,以形成氧化锌反射增强层102。除这些要点之外,重复例C5的工序以生产光电器件。本例光电器件的样品称为“SCC5-1”。
对每两种光电器件样品,即SCC5和SCC5-1,准备7个样品。相当于这些光电器件样品,按如下所述方式执行弯曲剥离测试,以检查它们的环境抵抗力。初始光电转换效率(光电电动势/入射光强度)特性,具体地说,光电转换效率、短路电流和开端电压以与例A1同样方式来估计。所得到的结果一并示于表C5。
弯曲剥离测试按如下方式执行:使有关光电器件在高温度和高湿度大气环境中(温度:80℃;湿度:83%RH)经受200小时,其后使其重复30次弯曲试验。另外,对这样弯曲的部分,使一个10kg的重物从50cm高度落下12次,并且使用由日立公司制造的扫描电子显微镜(SEM)(型号:S-4500;放大率:50,000倍)来观察器件的任何剥离。
在表C5所示的弯曲剥离测试的结果中,字符“A”指示根本没发生剥离的实例,以及“C”指示部分发生剥离的实例。表C5所示初始光电转换效率特性的估计结果指示在光电器件SCC5的结果看作1的条件下,把光电器件SCC5-1的结果标准化。
表C5 样品弯曲剥离测试 总反射率 漫反射率 开端电压 SCC5 A 1.00 1.0 1.00 SCC5-1 C 0.88 0.92 0.96
如从表C5所示结果可见,按照本发明工序在例C5所得到的光电器件SCC5同时在所有环境抵抗力和初始光电转换效率特性方面比参考例的光电器件SCC5-1优良。
实例C6
在本实例中,使用以与实例C4相同方式形成的光电器件底座部分(样品),以及使用应用了如图9所示多室分离系统的装置,来生产如图2所示的光电器件。
图9所示装置400既能执行MWPCVD又能执行RFPCVD。使用本装置,按照如图2所示的层布置,在反射增强层102上形成半导体层(103,151,104,161,105)和其它层。
它们的生产过程将参考图9按照其工序叙述如下。对图9所示装置,通过气体给进管连接原原料气给进系统(未示出)。原原料气筒全部在超高纯度下净化。至于原原料气筒,有SiH4气瓶、CH4气瓶、GeH4气瓶、Si2H6气瓶、PH3/H2(稀释:0.1%)气瓶、B2H6/H2气瓶(稀释:0.2%)、H2气瓶、He气瓶、SiCl2H2气瓶和SiH4/H2(稀释:1%)气瓶与其连接。
(1)在例C4得到的包括衬底及在其上形成的中间层199、光反射层101和反射增强层102的底座部分490(与图2中190相对应)安置在装载室401中设置的底座部分转运轨413上,并且装载室401的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为1×10-5Torr。
(2)打开门阀406,以把底座部分运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室402和溅射室417。底座部分490以这样方式加热,即使其背部与底座部分加热器410紧密接触。然后,溅射室417的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为1×10-5Tor。
(3)在这样完成成膜准备之后,通过气体给进管429对溅射室417供入氢气。然后,打开阀441、431和430,并且用质量流控制器436把氢气流速控制为300sccm。溅射室417内部的压力用一个导阀(未示出)控制为1.2Torr。设置底座部分加热器410,以使底座部分温度达到350℃。
(4)在底座部分温度变得稳定时,形成由μc-Si组成的射频n型层103。
为了形成由μc-Si组成的射频n型层103,操作阀443、433、444和434,以通过气体给进管429对溅射室417供入SiH4气体和PH3/H2气体。这里,SiH4气体流速、H2气体流速和PH3/H2气体流速分别用质量流控制器438、436和439控制为2sccm、100sccm和190sccm,并且溅射室417内部的压力控制为1.2Torr。
然后,使RF功率源422的功率设置为0.06W/cm2,并且射频功率供给等离子体形成杯420,以引起辉光放电发生。这样,开始在底座部分上形成射频n型层,并且形成一层20nm厚的射频n型层,随后断开RF功率源,停止辉光放电,以完成射频n型层103的形成。使SiH4气体、PH3/H2气体和H2气体停止流入溅射室417,并且然后抽空溅射室内部和气管内部,以使压力为1×10-5Torr。
随后,相继按如下方式形成由a-Si组成的射频i型层151,由a-SiGe组成的微波i型层104,由a-Si组成的射频i型层161和由a-SiC组成的射频p型层101(见图2所示层布置)。
(5)首先,打开门阀407,以把底座部分运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室403和i型层溅射室418。底座部分以这样方式加热,即使其背部与底座部分加热器411紧密接触。然后,i型层溅射室418的内部用一个真空泵(未示出)抽空,以使压力大约为1×10-5Torr。
(6)为了形成射频i型层,设置底座部分加热器411,以使底座部分温度达到280℃。在底座部分被适当加热时,缓慢打开阀464、454、450、463和453,以使Si2H6气体和H2气体通过气体给进管449流入i型层溅射室418。这里,Si2H6气体流速和H2气体流速分别用对应的质量流控制器459和458控制为4sccm和100sccm。通过调节导阀(未示出)的开口,使i型层溅射室418内部的压力控制为0.5Torr。
然后,使RF功率源424的功率设置为0.007W/cm2,并且施加到偏置杆428以引起辉光放电发生,并且打开闸门427。这样,开始在i型层上的射频n型层上形成i型层,并且形成一层10nm厚的i型层,随后停止射频辉光放电,并且停止RF功率源的输出,以完成射频i型层151的形成。
关闭阀464、454、453和450,以停止Si2H6气体和H2气体流入i型层溅射室418,并且然后抽空i型层溅射室418内部和气管内部,以使压力为1×10-5Torr。
(7)为了形成微波i型层,设置底座部分加热器411,以使底座部分温度达到380℃。在底座部分被适当加热时,缓慢打开阀461、451、450、462、452、463和453,以使SiH4气体、GeH4气体和H2气体通过气体给进管449流入i型层溅射室418。这里,SiH4气体流速、GeH4气体流速和H2气体流速分别用对应的质量流控制器456、457和458控制为48sccm、46sccm和160sccm。通过调节导阀(未示出)的开口,使i型层溅射室418内部的压力控制为5mTorr。然后,使RF功率源424的功率设置为0.30W/cm2,并且施加到偏置杆428。
其后,使微波电源(2.45GHz)(未示出)的功率设置为0.09W/cm2,并且通过波导426和微波引入窗425,使微波功率供入i型层溅射室418,以引起辉光放电发生,并且打开闸门427。这样,开始在射频i型层上形成微波i型层,并且形成一层0.17μm厚的i型层,随后停止微波辉光放电,并且停止偏压电源424的输出,以完成微波i型层104的形成。关闭阀451、452和453,以使SiH4气体、GeH4气体和H2气体停止流入i型层溅射室418,并且然后抽空i型层溅射室418内部和气管内部,以使压力为1×10-5Torr。
(8)为了形成射频i型层,设置底座部分加热器411,以使底座部分温度达到240℃。在底座部分被适当加热时,缓慢打开阀464、454、450、463和453,以使Si2H6气体和H2气体通过气体给进管449流入i型层溅射室418。这里,Si2H6气体流速和H2气体流速分别用对应的质量流控制器459和458控制为3.5sccm和100sccm。通过调节导阀(未示出)的开口,使i型层溅射室418内部的压力控制为0.5Torr。
然后,使RF功率源424的功率设置为0.007W/cm2,并且施加到偏置杆428以引起辉光放电发生,并且打开闸门427。这样,开始在微波i型层上形成射频i型层,并且形成一层20nm厚的i型层,随后停止射频辉光放电,并且停止RF功率源424的输出,以完成射频i型层161的形成。关闭阀464、454、453和450,以停止Si2H6气体和H2气体流入i型层溅射室418,并且然后抽空i型层溅射室418内部和气管内部,以使压力为1×10-5Torr。
(9)为了形成由a-SiC组成的射频p型层105,首先,打开门阀408,以把底座部分运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的转运室404和p型层溅射室419。底座部分以这样方式加热,即使其背部与底座部分加热器412紧密接触。然后,用真空泵(未示出)抽空p型层溅射室419的内部,以使压力大约为1×10-5Torr。
设置底座部分加热器412,以使底座部分温度达到230℃。在底座部分温度变得稳定时,操作阀481、471、470、482、472、483、473、484和474,以使H2气体、SiH4/H2气体、B2H6/H2气体和CH4气体通过气体给进管469供入溅射室419。这里,H2气体流速、SiH4/H2气体流速、B2H6/H2气体流速和CH4气体流速分别用质量流控制器476、477、478和479控制为70sccm、2sccm、16sccm和0.2sccm,并且通过调节导阀(未示出)的开口,使溅射室419内部的压力控制为1.7Torr。
然后,使RF功率源423的功率设置为0.07W/cm2,并且射频功率供给等离子体形成杯421,以引起辉光放电发生。这样,开始在i型层上形成射频p型层,并且形成一层10nm厚的射频p型层,随后断开RF功率源,停止辉光放电,以完成射频p型层105的形成。
关闭阀472、482、473、483、474、484、471、481和470,以停止SiH4/H2气体、B2H6/H2气体、CH4气体和H2气体流入p型层溅射室419,并且然后抽空p型层溅射室419内部和气管内部,以使压力为1×10-5Torr。
(10)打开门阀409,以把底座部分运入先前用一个真空泵(未示出)抽空的装载室405,并且打开一个漏阀(未示出),以让气体从装载室405漏出。
(11)在射频p型层105上,如透明导电层112那样通过真空溅射,溅射一层70nm厚的ITO。
(12)在透明导电层112上,安置一个带有梳状开口的掩模,并且通过真空溅射,溅射由铬(40nm)/银(1,000nm)/铬(40nm)组成的具有光平结构的梳状集电极113。
这样,完成本例光电器件的制造。本光电器件这里称为SCC6。
参考例C6-1
本实例不同于实例C6之处在于使用了参考例C4-1的样品,其中未形成Al-Si(95∶5)中间层199,并且在形成Ag的光反射层101后,形成ZnO的反射增强层102的步骤没有把衬底的温度降低到100℃或更低这一步骤。除了这几点外,重复实例C6的过程以生成光电器件。该实例光电器件的样品叫作“SCC6-1”。
给两类光电器件样品中的每类,即,SCC6和SCC6-1都准备了6个样品。对于光电器件的这些样品,以下述方式进行弯曲剥离测试,以检验它们的环境抵抗力。以与实例A1相同的方式对初始光电转换效率(光电动势/入射光强度)特性,具体地说,光电转换效率,短路电流和开路电压进行评估。所得结果一起示于表C6中。
进行弯曲剥离测试的方式是这样的:把各光电器件放到高温和高温度空气(温度:82℃;温度:85%RH)中的环境中200小时,接着重复进行弯曲测试三十次。另外,从50cm的高度把一个10kg的重物落到进行过如此弯曲的部分14次,并用日立公司制造的扫描电镜(型号:S-4500;放大倍数:50000X)观察器件的剥离情况。
在表C6所示的弯曲剥离测试结果中,字符“A”表示没有出现剥离的情况,“C”表示出现了部分剥离的情况。表6所示的初始光电转换效率特性的评价结果是把光电器件SCC6的结果看作1后对光电器件SCC6-1进行标准化后的结果。
表C6 样 品 弯曲剥离测试 总反射率 漫反射率 开路电压 SCC6 A 1.00 1.00 1.00 SCC6-1 C 0.84 0.90 0.92
从图6所示结果可看出,用本发明方法获得的实例C6中的光电器件SCC6在所有的耐环境性和同时的初始光电转换效率特性上都好于参考例中的光电器件SCC6-1。
实例C7
在本实例中,组成图4所示光电器件的底座部分290(即底座部分包括衬底200以及形成在衬底上的中间层299,光反射层201和反射增强层202)是用图6所示的多室分离系统装置制造的。接下来,用该光电器件底座部分290,用图9所示的多室分离系统装置来生成如图4所示的光电器件。
下面将参照图6对光电器件的底座部分的形成方法进行描述。
通过气体给进管,与图6所示装置连接着一个原料气体给进系统(未示出)。所有原料气体圆柱体都在极高的纯度下进行纯化。原料气体圆柱体可以是H2气体圆柱体,Ar气体圆柱体和He气体圆柱体。Al-Si(95∶5),Ag和ZnO用作靶。这些东西的提供保证了溅射能在真空下进行。
衬底(图4中的200)是0.5mm厚和50×50mm2的不锈钢片,并用丙酮和异丙醇对其进行超声波清洗,接着用热空气干燥。溅射机电源是DC电源325,并用DC磁控管溅射在衬底上形成Al-Si(95∶5)中间层299。然后进行后续处理。
下面将参照图6对光电器件的基座形成方法进行描述。
(1)把清洗过的衬底3390(相应于图4中的200)放到装载室3301中的衬底传送带3313上,并用真空泵(未示出)把装载室3301的内部抽真空到大约1×10-5乇。
(2)打开门阀3306,把衬底送入已预先用真空泵(未示出)抽真空的转运室3302和淀积室3320中。衬底3390的放置方式是把其背面与衬底加热器3310紧密接触,并以27℃/sec的速度把衬底的温度加热到250℃。然后,用真空泵(未示出)把淀积室3320的内部抽真空到大约3×10-6乇。
(3)通过气体给进管3324把Ar气体以48SCCm的速率送入它的内部,并操作导阀(未示出)、把压力控制在4毫乇。环形线圈3323中通入电流,并从溅射电源3325施加380V的DC电压以产生Ar等离子体。
(4)打开靶闸板(target shutter)3326,在不锈钢片的表面形成层厚为0.012μm的Al-Si(95∶5)中间层299(图4),之后关闭靶闸板3326,熄灭等离子体。
(5)升起衬底加热器3310,在用作衬底冷却气的He气体中以20℃/sec的速率把衬底温度降到100℃或更低。接着,打开门阀3307,把衬底送入已用真空泵(未示出)抽成真空的转运室3303和淀积室3330。衬底3390的放置方式是使其背面与衬底加热器3311紧密接触,并以15℃/sec的速率把衬底温度加热到290℃。然后,用真空泵(未示出)把淀积室3330的内部抽真空到2×10-6乇。
(6)通过气体给进管3334,把35SCCm的Ar气体送入它的内部,并操作导阀(未示出),把压力控制在4毫乇。在环形线圈3333中通入电流,并从溅射电源给它加上380V的直流电压,以产生Ar等离子体。接下来,打开靶闸板3336,在Al-Si(95∶5)中间层299的表面上形成层厚为0.7μm的Ag光发射层201(图4),接着关闭靶闸板3336,熄灭等离子体。
(7)升起衬底加热器3311,在用作衬底冷却气体的He气体中以15℃/sec的速率把衬底温度降到100℃或更低。接着,打开门阀3308,把衬底送入预先用真空泵(未示出)抽真空的转运室3304和淀积室3340中。衬底3390的放置方式是使其背面与衬底加热器3312紧密接触,并以15℃/sec的速率把衬底温度加热到315℃。然后,用真空泵(未示出)把淀积室3340的内部抽真空到大约3×10-6乇。
(8)通过气体给进管3344把42SCCm的Ar气体送入它的内部,并操作导阀(未示出)把压力控制到4毫乇。在环形线圈3343中通入电流,并从溅射电源3345加上380V的DC电压,以产生Ar等离子体。下一步,打开靶闸板3346,在Ag光发射层101的表面上形成层厚为1.5μm的ZnO反射增强层202,然后关闭靶闸板3346,以熄灭等离子体。
(9)升起衬底加热器3312,在用作衬底冷却气体的He气体中以17℃/sec的速率把衬底温度降到100℃或更低,接着,打开门阀3309,把衬底送入已预先用真空泵(未示出)抽真空的卸料室3305中。
这样,就完成了本实例的光电器件底座部分(图4中的209)的制造。这种光器件底座部分的样品叫作“SC7”。
接着,采用通过实例C7中的步骤(1)到(9)生成的光电器件基座件,以及使用采用了图9所示的多室分离系统的装置生成图4所示的三层型光电器件。
下面,将对光电器件的制造方法进行描述。
(10)将包含衬底以及形成在衬底上的中间层299,光反射层201和反射增强层201的底座部分(图9中的490)放在装载室401中的底座部分传送轨道413上,并用真空泵(未示出)把装载室401的内部抽真空到大约1×10-5乇。
(11)打开门阀406,把底座部分送入预先用真空泵(未示出)抽真空的转运室402和淀积室417中。以把底座部分的背面与底座部分加热器410紧密接触的方式对底座部分490加热。然后,用真空泵(未示出)把淀积室417的内部抽真空到大约1×10-5乇。
(12)以这种方式完成膜形成的准备后,通过气体给进管429把H2气送入淀积室417。然后,打开阀门441,431和430,并用流量控制器436把H2气流速率控制在500SCCm。用导阀(未示出)把淀积室417内部的压力控制在1.3乇。设定底座部分加热器410使底座部分的温度达到350℃。
(13)在底座部分的温度变为稳定的同时,形成由μC-Si组成的RF n型层203。
为了形成由μC-Si组成的RF n型层203,操作阀门443,433,444和434,通过气体给进管429把SiH4气和pH3/H2气送入淀积室417。这里,SiH4气,H2气和pH3/H2气的气流速率分别用流量控制器438,436和439控制在2SCCm,100SCCm和200SCCm,并把淀积室417的内部压力控制在1.3乇。
接下来,把RF电源422的功率设定为0.05W/cm2,并把RF功率送入等离子体形成杯420中以产生辉光放电。这样,在底座部分上形成RF n型层的过程就开始了,并形成了层厚为20nm的RF n型层,然后关闭RF电源以停止辉光放电,RF n型层203的形成过程也就完成了。停止SiH4气,pH3/H2气和H2气流入淀积室417中,然后把淀积室的内部和气流管的内部抽真空到1×10-5乇。
(14)接着,在实例C5的过程后,顺序形成由a-Si组成的RF i型层251(相应于RF i型层151),由a-SiGe组成的MW i型层204(相应于MW i型层104),由a-Si组成的RF i型层261(相应于RF i型层161),由a-SiC组成的RF p型层205(相应于RF p型层105),由μC-Si组成的RF n型层206(相应于RF n型层103),由a-Si组成的RF i型层252(相应于RF i型层151),由a-SiGe组成的MW i型层207(相应于MW i型层104),由a-Si组成的RF i型层262(相应于RF i型层161),由a-SiC组成的RF p型层208(相应于RF p型层105),由μC-Si组成的RF n型层209(相应于RF n型层103),由a-Si组成的RF i型层210(相应于RF i型层161),由a-SiC组成的RFp型层211(相应于RF p型层105)。
(15)用真空淀积在RF p型层211上淀积一层层厚为70nm的ITo,用作透明传导层212。
(16)在透明传导层212上,放置一个梳状掩模,用真空淀积形成由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)组成的平面结构的梳状集电极213。
这样,就完成了本实例的光电器件的制造。在这里,这种光电器件叫作SCC7。形成各半导体层RF n型层,RF i型层,MW i型层和RFp型层的条件一并示于表C7中。
表C7 流速(sccm) 压力 (Torr) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2) 底座部分 温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.7 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 40 - - 42 150 - - - 0.011 0.12 0.31 3707 110 RF i型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.65 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 100 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 34 - - 29 160 - - - 0.010 0.12 0.3 350 100 RF i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 2.5 - - 60 - - - 0.8 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
参考例C7-1
本实例不同于实例C7之处在于衬底上未形成Al-Si(95∶5)中间层199,并且在形成Ag的光反射层201后,形成ZnO的反射增强层202时没有将衬底温度降到100℃或更低这一步。除了这几点外,重复实例C7的过层,生成光电器件。该实例的光电器件的样品叫作“SCC7-1”。
两类光电器件样品中的每一类,即SCC7和SCC7-1,都准备了7个样品。以下面将要描述的方式对这些光电器件的样品进行了弯曲剥离测试,以检验它们的环境抵抗力。以与实例A1相同的方式对初始光电转换效率(光电动势/入射光强度)特性(关于光电转换效率和短路电流)进行评价。并以下面将要描述的方式对光退化(photo-deterio-ration)特性进行评价。所得结果一并示于表C8中。
弯曲剥离测试是这样进行的;把各光电器件放到高温和高温度空气环境中(温度:83℃;湿度:85%RH)280小时,接着重复弯曲30次。另外,从50cm的高度,让一个10kg的重物重复落到经如此弯曲过的部分12次,并用日立公司制造的扫描电镜(SEM)(型号:S-4500;放大倍数,50000X)对器件的剥离情况进行观察。
为了检查光退化特性,先把温度为50℃的光电器件在100mW/cm2的太阳灯光照(1 sun of 100mW/cm2)条件下光照1100小时。
在表8所示的弯曲剥离测试的结果中,字符“A”表示根本没有出现剥离的情况,“C”表示出现部分剥离的情况。初始光电转换效率特性和光退化特性的评价结果也示于表C8中,并且是先把光电器件SCC7的结果看成1,再对光电器件SCC7-1的结果进行标准化后来表示。
表C8 样 品弯曲剥离测试总反射率 漫反射 光退化特性 SCC7 A 1.00 1.00 1.00SCC7-1 C 0.84 0.90 0.93
从表C8所示结果可看出,在所有的耐环境性,初始光电转换效率和光退化特性方面,用本发明方法获得的实例C7的光电器件SCC7都优于参考实例的光电器件SCC7-1。
实例C8
在本实例中,使用了图8和10所示的采用连卷系统的制造装置来生成图4所示的三层型光电器件。
把300m长,30cm宽和0.2mm厚的带形不锈钢片用作衬底。
下面将参照图8对光电器件底座部分的形成方法进行描述。
图8所示的用来连续形成光电器件底座部分的装置顺次包括衬底给进室3610,多个淀积室3611到3614和衬底卷绕室3684,它们通过它们之间的不相连的通道3615,3616,3617,3618和3619连接起来。每个淀积室都有一个排气孔,通过它可以把内部抽成真空。
带形衬底3621从衬底给进室送出后,通过这些淀积室和不相连的通道,最好在衬底卷绕室中被绕成卷。同时,装置的设计保证了气体能通过它们的进气孔送入各淀积室和不相连的通道,也使气体能通过各自的排气孔被抽出,从而形成各个层。
在淀积室3612中形成Al-Si(95∶5)中间层,在淀积室3613中形成Ag的光反射层,在淀积室3614中形成ZnO的反射增强层。在各淀积室的内部分别提供有卤素灯加热器3640,3641,3642和3643,用于对衬底的背面加热,从而每个淀积室中的衬底温度升高或被加热到所述温度。不相连的通道3617,3618和3619还起作降低温度的作用,从而在淀积室中的半导体层分别形成后,衬底温度可以给定的速率下降。特别是,在本实例中,在淀积室3613中形成光反射层后,衬底温度在不相连的通道3618中降低到100℃或更低。
在淀积室3612中进行DC磁控溅射,其中,Ar气通过进气口3632送入该室并把Al-Si(95∶5)用作靶3650。
在淀积室3613中进行DC磁控溅射,其中,Ar气通过进气口3634送入该室并把Al用作靶3660。
在淀积室3614中进行DC磁控溅射或者RF磁控溅射,其中,Ar气通过进气口3636送入该室并把ZnO用作靶3670。
在表C9所示的条件下在衬底带上形成光电底座部分后,该衬底(形成为底座部分的)在衬底卷绕室3684中被绕成卷。
下面将参照图10对光电器件的生产方法进行描述。
使用图10所示采用了双卷盘系统的装置,在下面C10所示的条件下生成具有图4所示层结构的三层型光电器件。
把包含用上述方式获得的光电器件底座部分的底座部分带设定在,用于导入底座部分带的装载室5010中。该底座部分带通过所有的淀积室和所有的气门连接到卸料室5150中的底座部分分带收卷工件上。用抽气系统(未示出)把各淀积室抽真空到10-3乇或更低。所需的原料气体从淀积膜形成混合系统5024,5034,5044,5054,5064,5074,5084,5094,5104,5114,5124,5134,和5144送入各淀积室。气体从各气体给进系统的门送入气门5201,5202,5203,5204,5205,5206,5207,5208,5209,5210,5211,5212,5213和5214。在每个淀积系统中,用底座部分加热器把底座部分加热,并通过调节每个抽气系统的抽气阀的打开程度来控制真空度。底座部分的温度和真空度稳定下来后,底座部分带开始转运,并把用于产生等离子体的RF功率或MW(频率:2.45GHZ)功率供给每个淀积室。这样,如图4所示具有叠加形成在底座部分带290上的三个PIN结构的三层型光电器件就形成了。
下一步,通过真空淀积在RF p型层211上淀积上70nm厚的ITO层,作为透明的传导层212。
接着,在透明传导层212上放置一个梳状掩模,并用真空淀积得到由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)组成的具有平板结构的梳状集电极电极213。
这样,就完成了本实例的光电器件的制造。在这里这种光电器件叫作SCC8。在本实例中,形成光电器件底座部分的条件示于表C9中。形成各半导体层RF n型层,RF i型层,MW i型层和RF p型层的条件示于表C10中。
表C9 光电器件底座部分形成条件
(实例C8;所用装置:图8) 中间层 Al-Si (95∶5)光反射层 Ag反射增强 层ZnO温度升高速率(℃/sec)衬底温度(℃)Ar气流速(SCCm)压力(毫乇)靶种类溅射类型溅射电压(V)层厚(μm)衬底冷却气体温度下降速率(℃/sec) 20 260 38 3 Al-Si (95∶5) DC 370 0.01 He 10 15 280 30 3 Ag DC 380 0.62 H2 10 15 300 35 4 ZnO DC 385 1.0 He 15
表C10 流速(sccm) 压力 (Torr) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 68 - - 69 250 - - - 0.005 0.08 0.28 380 100 RF i型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 53 - - 49 250 - - - 0.005 0.06 0.28 360 98 RF i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.5 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 7.0 - - 80 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
参考例C8-1
本实例不同于实例C8之处在于在衬底上未形成Al-Si(95∶5)中间层299,并且在形成Ag的光反射层201后,形成ZnO的反射增强层202时没有把衬底温度降低到100℃或更低这一步骤。除了这几点外,重复C8的过程以生成图4所示的光电器件。该实例中的光电器件样品叫作“SCC8-1”。
给两类光电器件样品中的每一类,即SCC8和SCC8-1,准备7个样品。以与实例C7相同的方式对这些光电器件样品进行弯曲剥离测试以检查它们的环境抵抗力。以与实例C7相同的方式进行初始光电转换效率(光电动势/入射光强度)特性(光电转换效率和短路电流)进行评估。并以如下所述的方式对光退化特性进行评估。所得结果一并示于表C11中。
为了检验光退化特性,在对温度为52℃的光电器件进行1250小时的100mW/cm2的太阳灯光照辐射后,对光电转换效率进行评估。
表C11所示的弯曲剥离测试的结果中,字符“A”表示根本未出现剥离的情况,“C”表示出现部分剥离的情况。初始光电转换效率的特性和光退化特性的评价结果也示于表C11中,但它是把光电器件SCC8的结果看成1,对光电器件SCC8-1的结果进行标准化后的结果来表示。
表C11 样 品弯曲剥离测试总反射率 漫反射率 光退化特性 SCC7 A 1.00 1.00 1.00 SCC7-1 C 0.93 0.90 0.92
从表C11的结果可看出,在所有的环境抵抗力,初始光电转换效率特性和光退化特性方面,用本发明方法获得的实例C8的光电器件SCC8都同时优于参考例的光电器件SCC8-1。
实例C9
在本实例中,形成中间层,光反射层和反射增强层时,温度上升速率在2℃/sec到150℃/sec的范围内变化,以检验它是如何影响初始光电转换特性以及光电器件的。使用Al-Si(95∶5)作为用于形成中间层的靶。
在本实例中,除了光电器件底座部分是在表C12所示的条件下形成以及半导体层是在表C13所示的条件下形成外,具有图4所示结构的三部分型光电器件也是用图8所示的连续形成光电器件的装置和图10所示的连续形成光电器件半导体层的装置,以与实例C8相同的方式形成。具体地说,在不同的温度上升速率的条件下,准备了八个样品。
以与实例C8相同的方式对这样获得的光电器件样品进行环境抵抗力,初始光电转换效率特性和光退化特性进行评估,得到了表C14所示的结果。
如表C14所示的关于弯曲剥离测试,光电转换效率短路电流和光退化特性的评估结果是以温度以2℃/sec的速率升高时所获得样品的测量结果为基准对本实例中制成的光电器件的结果进行标准化后得到的。在该表中,“C”表示大于等于1.0小于1.4;“B”表示大于等于1.4小于1.8;“A”表示大于等于1.8。
从表C14所示结果可看出,在弯曲剥离测试(耐环境性),光电转换效率,短路电流和光退化特性的几方面来看,形成光电器件底座部分时的温度上升速率最好在10℃/sec到100℃/sec的范围内。
表C12 光电器件底座部分形成条件
(实例C9:所用装置:图8) 中间层 Al-Si (95∶5)光反射层 Ag反射增强层 ZnO温度上升速率(℃/sec)衬底温度(℃)Ar气流速(SCCm)压力(毫乇)靶类型溅射类型溅射电压(V)层厚(μm)衬底冷却气体温度下降速率(℃/sec) 2-150 255 42 3 Al-Si (95∶5) DC 375 0.015 He 10 2-150 290 40 3 Ag DC 390 0.45 He 10 2-150 310 35 4 ZnO DC 385 1.0 He 15
表C13 流速(sccm) 压力 (Torr) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.7 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 68 - - 71 290 - - - 0.009 0.12 0.31 370 100 RF i型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.65 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 55 - - 49 280 - - - 0.009 0.10 0.3 350 98 RF i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 6.0 - - 60 - - - 0.5 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表C14 温度上升速率 (℃/sec) 2 8 10 40 70 100 120 150耐环境性弯曲剥离测试光电转换效率短路电流光退化后的光电转换效率 B A A A A A B C C A A A A A B C C B A A A A B C C A A A A A A C
实例C10
在本实例中,在中间层,光反射层和反射增强层形成之后,降温的速度在0.2℃/秒到90℃/秒的范围内变化以便检验其对初始光电转换特性的影响及对光电器件的影响。Al-Si(95∶5)用来作形成中间层的靶。
在本实例中,具有图4所示结构的三层型光电器件的生成除了光电器件底座部分是在表C15所示的条件下形成,半导体层是在表C16所示的条件下形成外,采用与实例C8中相似的方式,分别使用图8中所示的可连续形成光电器件底座部分的装置和图10中所示的可连续形成的光电器件半导体层的装置。这里以在不同的升温速率条件下形成的八个样品为例来进一步说明。
对于用上述方式得到的光电器件,用与实例C8相同的方法对其耐环境性,初始光电转换效率的特性及光退化特性进行评估,得到的结果见表C17。
表C17中所示的对弯曲剥离测试,光电转换效率和短路电流和光退化特性的评估结果是以降温速率为0.2℃/秒时所获得的样品的测量结果为基准对本实例中生成的光电器件的结果进行标准化处理之后得到的。在表中,“C”表示大于等于1.0小于1.4;“B”表示大于等于1.4小于1.8;“A”表示大于等于1.8。
从表C17中所示的结果可以看出,光电器件底座部分形成时的降温速率从弯曲剥离测试(耐环境性),光电转换效率,短路电流和光致退化特性几方面来看最佳范围是从1℃/秒到50℃/秒。
表C15 光电器件底座部分形成条件
(实例C10;使用装置:图8) 中间层: Al-Si (95∶5)光反射层 Ag反射增强层 ZnO温度上升速率(℃/sec)衬底温度(℃)Ar气流速(SCCm)压力(毫乇)靶类型溅射类型溅射电压(V)层厚(μm)衬底冷却气体温度降低速率(℃/秒) 40 280 35 4 Al-Si (95∶5) DC 375 0.02 He 0.2-90 15 290 40 3 Ag DC 380 0.7 H2 0.2-90 15 320 50 4 ZnO DC 390 1.8 He 0.2-90
表C16 流动速率(sccm) 压强 (Torr) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚度 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 58 - - 61 250 - - - 0.010 0.10 0.32 370 100 RF i型层(261) - 4.0 - - 105 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 55 - - 50 230 - - - 0.013 0.10 0.3 350 98 RF i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 7.0 - - 200 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表C17 温度下降速率: (℃/sec) 0.2 0.8 1 10 30 50 70 90耐环境性弯曲剥离测试光电转换效率短路电流光退化后光电转换效率 B A A A A A A B C A A A A A B C C B A A A A A C C A A A A A A B
实例C11
在本实例中,中间层的厚度在0.0002μm到0.2μm的范围内变化以检验它是如何影响初始光电转换特性以及所获得的光电器件。使用Al-Si(95∶5)作为用于形成中间层的靶。
在本实例中,具有图4所示结构的三层型光电器件用与实例C8中相似的方式产生,其不同之处在于使用图8所示的可持续地形成光电器件的装置及图10所示的可持续形成光电器件半导体层的装置,光电器件的底座部分在表C18所示的条件下形成,半导体层在表C19所示的条件下形成。具体地说,准备了八个具有不同层厚的样品。
采用与实例C8中相同的方法,对用这种方式获得的样品的耐环境性、初始光电转换效率的特性和光退化(pnoto-deterioration)特性进行评估,得到了表C20所示的结果。
表C20中所示的关于弯曲剥离测试,光电转换效率,短路电流和光退化特性的评估结果是根据中间层是0.0002μm的条件下所获得的样品的测量结果,对本实例的光电器件的测量结果进行标准化之后得到的。在表中,“C”表示大于或等于1.0小于1.4;“B”表示大于或等于1.4小于1.8“A”表示大于或等于1.8。
从表C20中所示的结果可以看到,对于弯曲剥离测试(耐环境性),光电转换效率,短路电流和光退化特性而言,形成光电器件底座部分时的中间层的厚度最佳范围是从0.001μm到0.1μm。
表C18 光电器件底座部分形成条件
(实例C11;所用装置:图8) 中间层 Al-Si (95∶5)光反射层 Ag反射增强层 ZnO温度上升速率(℃/秒)衬底温度(℃)Ar气体流速(SCCm)压力(毫乇)靶类型溅射类型溅射电压(V)层厚(μm)衬底冷却气体温度下降速率(℃/秒) 40 290 35 3 Al-Si (95∶5) DC 375 0.0002-0.2 He 30 15 290 40 3 Ag DC 380 0.6 H2 50 15 320 50 4 ZnO DC 390 1.8 He 50
表C19 流动速率(sccm) 压强 (Torr) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 68 - - 71 350 - - - 0.010 0.10 0.32 370 100 RF i型层(261) - 4.0 - - 105 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 55 - - 50 280 - - - 0.010 0.10 0.3 350 98 RF i型层(262) - 4.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 7.0 - - 280 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表C20 中间层 Al-Si (95∶5) 层厚(μm) 0.0002 0.0007 0.001 0.01 0.07 0.1 0.15 0.2 耐环境性 弯曲剥离测试 光电转换效率 短路电流 光退化后光 电转换效率 B A A A A A A B B A A A A A B C C B A A A A A B B A A A A A A B
实例D1
在本实例中,组成图2中所示的光电器件的底座部分190是通过使用图5中所示的多室分离系统装置生成的。具体地说,中间层199,光反射层101和反射增强层102在衬底100上形成。
下面将按照制造过程讲述它们的生成方法。材料给进系统(图中没有示出)通过给进管连接到图5所示的装置上。对原料气筒在极高的纯度下进行纯化。H2气筒,Ar气筒以及He气筒作为原料气筒连在装置上。ZnO和Ag用作对限极。它们的提供保证了溅射能在真空中进行。
衬底(图2中的100)是一块厚0.5mm面积为50×50mm2的不锈钢片,该钢片先用丙酮和异丙醇进行超声波清洗处理再用热气烘干。溅射电源是DC电源325通过磁控管溅射在衬底上形成ZnO中间层。然后进行后继的处理。
下面将详细讲述上述的制造方法,该过程参照图5。
(1)将清洗过的衬底390(对应于图2中的100)放置于装载室301中提供的衬底转运轨道313上,装载室301中用真空泵抽空以获得大约1×10-5乇的压力。
(2)打开门阀306将衬底送入经真空泵(未示出)抽空的转运室302和积室。将衬底390的背面紧贴衬底加热器310,并以12℃/秒的速率进行加热使衬底温度达到130℃接着,用真空泵将淀积室内抽空使压力大约为3×10-6乇。
(3)将35SCCm的Ar气体通过给进管324输入它的内部,并操作一个导阀(图中未示)将压力控制在5毫乇。电流通入环形线圈323,溅射电源325提供380V的DC电压以产生Ar等离子体。
(4)打开靶闸板326,在不锈钢片的表面形成厚度为0.01μm的ZnO中间层199,关闭靶闸板326以熄灭等离子体。
(5)升起衬底加热器310,用He气作为衬底冷却气体以4℃/秒的降温速率将衬底温度降到100℃或更低。然后,打开门阀307将衬底送入经真空泵(图中未示)抽空的转运室303和淀积室330。将衬底390的背面紧贴衬底加热器311,并以16℃/秒的升温速率使衬底温度升至290℃。接着,用真空泵(图中未示)抽空淀积室330使其内部压力大约为2×10-6乇。
(6)通过给进管334将50SCCm的Ar气体送入它的内部,并操作一个导阀(图中未示)将压力控制为5毫乇。电流流过环形线圈333,溅射电源提供380V的DC电压以产生Ar等离子体。然后,打开靶闸板336,在ZnO中间层199的表面形成0.5μm厚的Ag光反射层101,之后关闭靶闸板336以熄灭等离子体。
(7)升起衬底加热器311,用He气作为衬底降温气体以5℃/秒的降温速度将衬底温度降到100℃或更低。然后,再次打开门阀307将衬底送入经过真空泵抽空处理的转运室302和淀积室320。将衬底390的背面紧贴衬底加热器310,并以15℃/秒的升温速率使衬底温度达到290℃。之后,用真空泵抽空淀积室320,使其内部压力大约为3×10-6乇。
(8)将40SCCm的Ar气体通过给进管324送入它的内部。操作导阀门(图中未示)将压力控制为4毫乇。电流流向环形线圈323,溅射电源325提供385V的DC电压以产生Ar等离子体。接着,打开靶闸板326,在Ag光反射层101的表面上形成厚度为1.2μm的ZnO反射增强层,之后,关闭靶闸板326以消除等离子体。
(9)升起衬底加热器310,用He气作为降温气体以6℃/秒的降温速率将衬底温度降至100℃或更低。然后打开门阀307和308将衬底送入经真空泵(图中未示)抽空的转运室303和卸料室304。
这样就完成了本实例中的光电器件底座部分(图2中的190)的生成。这种光电器件底座部分的样品称为“SD1”。
参考例D1-1
本实例与实例D1的区别在于形成ZnO中间层199时衬底温度设定为10℃。除此而外,重复实例D1的过程以生成座底部分的样品。本实例中的光电器件底座部分的样品称为“SD1-1”。
参考例D1-2
本实例与实例D1的区别在于形成ZnO中间层199时衬底的温度设定为60℃。除此而外,重复实例D1的过程生成样品。本实例中的光电器件底座部分的样品称为“SD1-2”。
参考例D1-3
本实例与实例D1的不同之处在于形成Ag光反射层101时衬底的温度设定为150℃。除此之外,重复实例D1的过程生成样品。本实例中的光电器件底座部分的样品称为“SD1-3”。
参考例D1-4
本实例与实例D1的不同之处在于形成Ag光反射层101时衬底的温度设定为550℃。除此之外,重复实例D1的过程生成样品。本实例中的光电器件底座部分的样品称为“SD1-4”。
参考例D1-5
本实例与实例D1的不同之处在于Ag光反射层101形成之后,不经过将衬底温度降至100℃或更低的温度的步骤,直接形成ZnO反射增强层102。除此之外,重复实例D1的过程生成样品。本实例中的光电器件底座部分的样品称为“SD1-5”。
参考例D1-6
本实例与实例D1的不同之处在于形成ZnO反射增强层102时衬底的温度设定为150℃。除此之外,重复实例D1的过程生成样品。本实例中的光电器件底座部分的样品称为“SD1-6”。
参考例D1-7
本实例与实例D1的不同之处在于形成ZnO反射增强层102时衬底的温度设定为450℃。除此之外,重复实例D1的过程生成样品。本实例中的光电器件底座部分的样品称为“SD1-7”。
对光电器件底座部分的八种样品中的每一种,即SD1和SD1-1到SD1-7,准备了5个样品。对这些光电器件底座部分的样品按照与实例C1中相同的方式进行弯曲剥离测试,获得了表D1中所示的结果。对光反射也进行了测量,对测量的结果按照与实例C1中相同的方式评估总反射率和漫反射率,获得的结果见表D1所示。
在表D1中所示的弯曲剥离测试结果中,字母“A”表示没有发生任何剥离的情况,“B”表示发生了部分剥离的情况。表D1中所示的每个样品的总反射率和漫反射率的结果是在认为样品SD1的结是1的基础上标准化样品SD1-1到SD1-7的结果之后得到的。
表D1 样 品 弯曲剥离测试 总反射率 漫反射率 SD1 A 1.00 1.0 SD1-1 B 1.00 1.0 SD1-2 B 1.00 1.0 SD1-3 A 1.00 0.59 SD1-4 A 0.98 0.91 SD1-5 A 0.82 0.82 SD1-6 A 0.93 0.78 SD1-7 A 0.88 0.92
从表D1所示的结果中可以看到,实例D1的光电器件底座部分SD1在光反射特性和对底座部分所具有的耐环境性方面均优于参考例SD1-1到SD1-7的光电器件底座部分。
实例D2
本实例与实例D1的不同之处在于用H2气代替He气作为衬底冷却气体形成光反射层。
同实例D1一样,使用图5中所示的分离式多室系统生成图2中所示的光电器件的底座部分190。具体地说,在衬底100上形成中间层199,光反射层101和反射增强层102。
下面按照生成的过程详细讲述生成的步骤。原料气体给进系统(图中未示出)通过气体输入管连接到图5所示的装置上。原料气缸均纯化到具有极高纯净度。H2气气筒,Ar气气缸和He气气筒均作为原料气筒连接到装置上。ZnO和Ag用作靶,它们的提供使溅射能够在真空中进行。
厚度为0.5mm面积为50×50mm2的不锈钢片用来作为衬底(图2中的100)。它先用丙酮和异丙醇对其进行超音波清洗然后进行热气烘干。DC电源作为溅射电源连接在上面,通过DC磁控溅射在衬底上形成ZnO中间层199。之后进行后续的处理。
下面按照处理过程来详细讲述上述的生成方法,参见图5。
(1)将经过清洗的衬底390(与图2中100相对应)放在装载室301中提供的衬底转运轨道313上,装载室313内由真空泵(图中未示出)抽空,使其压力大约为1×10-5乇。
(2)打开阀门306将衬底送入经真空泵(图中未示出)抽空的转运室302和淀积室320中。将衬底390的背面紧贴衬底加热器310,并以15℃/秒的升温速度使衬底温度达到250℃。然后,用真空泵(图中未示出)抽空淀积室320,使其内压强大约为3×10-6乇。
(3)将40SCCm的Ar气体通过输入管324送入它,操作导阀(图中未示出)将气压控制为4毫乇。电流流向环形线圈323,溅射电源提供375V的DC电压以产生Ar等离子体。
(4)打开靶闸板326,在不锈钢片的表面形成厚度为0.015μm的ZnO中间层199(图2),之后关闭靶闸板326以消除等离子体。
(5)升起衬底加热器310,用H2气作为降温气体以6℃/秒的降温速度使衬底温度降至100℃或更低。接着,打开门阀307将衬底送入经真空泵(图中未示出)抽空的转运室303和淀积室330。将衬底390的背面紧贴衬底加热器311,并以15℃/秒的升温速率使衬底温度达到290℃。然后用真空泵(图中未示出)抽空淀积室330使其内压力大约为2×10-6乇。
(6)将35SCCm的Ar气体通过气体输入管334输入它,操作一个导阀(图中未示出)将压力控制为4毫乇。电流流向环形线圈333,溅射电源提供380V的DC电压以产生Ar等离子体。接着打开靶闸板326,在ZnO中间层199的表面上形成厚度为0.6μm的Ag光反射层101(图2)。之后关闭靶闸板336以消除等离子体。
(7)升起衬底加热器311,用He气作为降温气体以8℃/秒的降温速率使衬底温度降到100℃或更低。然后再次打开阀门307将衬底送入已用真空泵(图中未示出)抽空的转运室302和淀积室320。将衬底390的背面紧贴衬底加热器310,并以12℃/秒的升温速率使衬底温度达310℃。然后用真空泵(图中未示出)抽空淀积室320,使其内压力大约为3×10-6乇。
(8)将55SCCm的Ar气体通过气体输入管324送入它,操作一个传导体阀(图中未示出)将压力控制为4毫乇。电流流向环形线圈323,溅射电源提供385V的DC电压以产生Ar等离子体。接着,打开靶闸板326,在Ag光反射层101的表面形成厚度为1.5μm的ZnO反射增强层102,之后关闭靶闸板326以消除等离子体。(9)衬底加热器310被升起,在用作衬底冷却气体的氢气的环境中以15度/秒的速度将衬底温度降至100度或更低。然后,门阀307和308打开,将衬底送入已由真空泵(未示出)抽成真空的传输室303和卸料室304。
这样就完成了本例的光电器件的底座部分(图2中的190)。该光电器件的底座部分的样品称为“SD2”。
参考例子D2-1
本例与例D2的不同在于:在构成材料为Ag的光反射层101之后,构成材料为ZnO的反射增强层102,而没有将衬底温度降至100度或更低的步骤。除此之外,重复例D2的过程以生产样品。本例的光电器件的底座部分的样品称为“SD2-1”。
对光电器件底座部分的样品的两种类型,即SD2和SD2-1,各准备五个样品。对光电器件底座部分的这些样品,以与例D1同样的方式进行弯曲剥落试验,以测试其环境抵抗力。同时测量光反射率,并以与例D1同样的方式从所获得的测量中计算出总反射率和散射反射率。所得结果一起示于表D2中。
在如表D2所示的弯曲剥落试验的结果中,字母符合“A”表示根本不发生剥落的例子,而“ C”则表示剥落很局部地出现的例子。表D2中的每一光电器件衬底的样品的总反射率和散射反射率的结果通过将样品SD2-2在样品SD2的结果(该结果被认定为1)的基础上标准化来表示。
表D2样品弯曲剥落试验总反射率散射反射率SD2A1.001.0SD2-1C0.790.81由表D2可知,例D2的光电器件衬底SD2的作为衬底需要的光发射性质和环境抵抗力均优于参考例D2-1的光电器件衬底SD2-1。同时可以看出,氢气是有效的衬底冷却气体。例D3本例于例D1的不同在于:使用Ar气体代替He气体作为衬底冷却气体构成光反射层。与例D1一样,采用如图5所示的具有多室分离系统的制造设备构造成如图2所示的光电器件的底座部分190。具体地说,在衬底100上形成中间层199,光反射层101和光反射增强层102。下面将根据流程描述生产过程。材料气体供给系统(未示出)通过气体供给管道连接至图5所示的设备。材料高压气筒以超高洁净度被净化。作为材料高压气筒,一氢气高压气筒,一Ar气高压气筒和一He气高压气筒被连接至其上。ZnO和Ag用作靶。它们这样被安置使得可以在真空中完成溅射。作为衬底(图2中的100),采用厚0.5mm的50×50mm2的不锈钢片,使用丙酮和异丙醇对其进行超声波清洁,然后进行热空气干燥。DC电源325被连接,作为溅射电源,而由ZnO组成的中间层199通过磁控管溅射形成在衬底上。接着完成后续过程。
下面结合图5按照其流程描述上述生产过程。
(1)已被清洁的衬底390(对应于图2中的100)被置于安置在装载室301中的衬底传输轨313上,而装载室301通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(2)打开门阀306将衬底送入由真空泵抽(未示出)成真空的传输室302和淀积室320。衬底390以这样的方式放置:其背面与衬底加热器310紧密相接。衬底被以10度/秒的速度加热至220度。接着,淀积室内部通过真空泵被抽真空至约3×10-6乇。
(3)通过气体供给管道324将35sccm的Ar气供入淀积室,并操纵一传导阀(未示出)将气压控制在4毫乇。电流流入环形线圈323,并由溅射电源325施加370V的DC电压,以产生Ar等离子体。
(4)打开靶闸板326,在不锈钢的表面形成厚度为0.008μm的材料为ZnO的中间层199(图2),随后关闭靶闸板326以消除等离子体。
(5)衬底加热器310被升起,在用作衬底冷却气体的Ar气的环境中以3度/秒的速度将衬底温度降至100度或更低。然后,打开门阀307,将衬底送入已由真空泵抽(未示出)成真空的传输室303和淀积室330。衬底390以这样的方式放置:其背面与衬底加热器311紧密相接。衬底被以16度/秒的速度加热至290度。接着,淀积室330内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约2×10-6乇。
(6)通过气体供给管道324将45sccm的Ar气供入淀积室,并操纵一传导阀(未示出)将气压控制在4毫乇。电流流入环形线圈33,并由溅射电源325施加380V的DC电压,以产生Ar等离子体。接着,打开靶闸板336,在材料为ZnO的中间层199的表面形成厚度为0.7μm的材料为Ag的光反射层101(图2),随后关闭靶闸板336以消除等离子体。
(7)衬底加热器311被升起,在用作衬底冷却气体的Ar气的环境中以3度/秒的速度将衬底温度降至100度或更低。然后,再次打开门阀307,将衬底送入已由真空泵抽(未示出)成真空的传输室302和淀积室320。衬底390以这样的方式放置:其背面与衬底加热器310紧密相接。衬底被以12度/秒的速度加热至310度。接着,淀积室320内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约3×10-6乇。
(8)通过气体供给管道324将40sccm的Ar气供入淀积室,并操纵一传导阀(未示出)将气压控制在5毫乇。电流流入环形线圈323,并由溅射电源325施加385V的DC电压,以产生Ar等离子体。接着,打开靶闸板336,在材料为Ag的光反射层101的表面形成厚度为1.1μm的材料为ZnO的反射增强层102,随后关闭靶闸板326以消除等离子体。
(9)衬底加热器310被升起,在用作衬底冷却气体的Ar气的环境中以5度/秒的速度将衬底温度降至100度或更低。然后,门阀307和308打开,将衬底送入已由真空泵抽(未示出)成真空的传输室303和卸料室304。
这样就完成了本例的光电器件的底座部分(图2中的190)。该光电器件的底座部分的样品称为“SD3”。
参考例子D3-1
本例与例D3的不同在于:不形成材料为ZnO的中间层199,并且在构成材料为Ag的光反射层101之后,构成材料为ZnO的反射增强层102,而没有将衬底温度降至100度或更低的步骤。除此之外,重复例D3的过程以生产样品。本例的光电器件的底座部分的样品称为“SD3-1”。
对光电器件底座部分的样品的两种类型,即SD3和SD3-1,各准备五个样品。对光电器件底座部分的这些样品,以与例D1同样的方式进行弯曲剥落试验,以测试其环境抵抗力。同时测量光反射率,并以与例D1同样的方式从所获得的测量中计算出总反射率和散射反射率。所得结果一起示于表D3中。
在如表D3所示的弯曲剥落试验的结果中,字母符合“A”表示根本不发生剥落的例子,而“C”则表示剥落局部地出现的例子。表D3中的每一光电器件衬底的样品的总反射率和散射反射率的结果通过将样品SD3-1在样品SD3的结果(该结果被认定为1)的基础上标准化来表示。
表D3样品弯曲剥落试验总反射率散射反射率SD3A1.001.0SD3-1C0.800.80
由表D3可知,例D3的光电器件衬底SD3的作为衬底需要的光发射性质和环境抵抗力均优于参考例的光电器件衬底SD3-1。同时可以看出,Ar气是有效的衬底冷却气体。
例D4
本例于例D1的不同在于:在形成材料为ZnO的反射增强层102时单独使用的Ar气体由Ar和O2的混合气体代替,以制造光反射装置底座部分。
与例D1一样,采用如图5所示的具有多室分离系统的制造设备构造成如图2所示的光电器件的底座部分190。具体地说,在衬底100上形成中间层199,光反射层101和光反射增强层102。
下面将根据流程描述生产过程。材料气体供给系统(未示出)通过气体供给管道连接至图5所示的设备。材料高压气筒以超高洁净度被净化。作为材料高压气筒,一氢气高压气筒,一Ar气高压气筒和一He气高压气筒被连接至其上。ZnO和Ag用作靶。它们这样被安置使得可以在真空中完成溅射。
作为衬底(图2中的100),采用厚0.5mm的50×50mm2的不锈钢片,使用丙酮和异丙醇对其进行超声波清洁,然后进行热空气干燥。DC电源325被连接,作为溅射电源,而由ZnO组成的中间层199通过磁控管溅射形成在衬底上。接着完成后续过程。
下面结合图5按照其流程描述上述生产过程。
(1)已被清洁的衬底390(对应于图2中的100)被置于安置在装载室301中的衬底传输轨313上,而装载室301通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(2)打开门阀306将衬底送入由真空泵抽(未示出)成真空的传输室302和淀积室320。衬底390以这样的方式放置:其背面与衬底310加热器紧密相接。衬底被以13度/秒的速度加热至290度。接着,淀积室320内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约3×10-6乇。
(3)通过气体供给管道324将50sccm的Ar气和50sccm的O2气供入淀积室,并操纵一传导阀(未示出)将气压控制在2毫乇。电流流入环形线圈323,并由溅射电源325施加370V的DC电压,以产生Ar/O2等离子体。
(4)打开靶闸板326,在不锈钢的表面形成厚度为0.01μm的材料为ZnO的中间层199(图2),随后关闭靶闸板326以消除等离子体。
(5)衬底加热器310被升起,在用作衬底冷却气体的He气的环境中以6度/秒的速度将衬底温度降至100度或更低。然后,打开门阀307,将衬底送入已由真空泵(未示出)抽成真空的传输室303和淀积室330。衬底390以这样的方式放置:其背面与衬底加热器311紧密相接。衬底被以15度/秒的速度加热至290度。接着,淀积室330内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约2×10-6乇。
(6)通过气体供给管道334将55sccm的Ar气供入淀积室,并操纵一传导阀(未示出)将气压控制在4毫乇。电流流入环形线圈33,并由溅射电源335施加380V的DC电压,以产生Ar等离子体。接着,打开靶闸板336,在材料为ZnO的中间层199的表面形成厚度为0.6μm的材料为Ag的光反射层101(图2),随后关闭靶闸板336以消除等离子体。
(7)衬底加热器311被升起,在用作衬底冷却气体的He气的环境中以5度/秒的速度将衬底温度降至100度或更低。然后,再次打开门阀307,将衬底送入已由真空泵(未示出)抽成真空的传输室302和淀积室320。衬底390以这样的方式放置:其背面与衬底加热器310紧密相接。衬底被以18度/秒的速度加热至315度。接着,淀积室320内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约3×10-6乇。
(8)通过气体供给管道324将40sccm的Ar气和40sccm的O2气供入淀积室,并操纵一传导阀(未示出)将气压控制在2毫乇。电流流入环形线圈323,并由溅射电源325施加380V的DC电压,以产生Ar/O2等离子体。接着,打开靶闸板326,在材料为Ag的光反射层101的表面形成厚度为1.5μm的材料为ZnO的反射增强层102(图2),随后关闭靶闸板326以消除等离子体。
(9)衬底加热器310被升起,在用作衬底冷却气体的He气的环境中以20度/秒的速度将衬底温度降至100度或更低。然后,门阀307和308打开,将衬底送入已由真空泵抽(未示出)成真空的传输室303和卸料室304。
这样就完成了本例的光电器件的底座部分(图2中的190)。该光电器件的底座部分的样品称为“SD4”。
参考例子D4-1
本例与例D4的不同在于:不形成材料为ZnO的中间层199,并且在构成材料为Ag的光反射层101之后,构成材料为ZnO的反射增强层102,而没有将衬底温度降至100度或更低的步骤。除此之外,重复例D4的过程以生产样品。本例的光电器件的底座部分的样品称为“ SD4-1”。
对光电器件底座部分的样品的两种类型,即SD4和SD4-1,各准备五个样品。对光电器件底座部分的这些样品,以与例D1同样的方式进行弯曲剥落试验,以测试其环境抵抗力。同时测量光反射率,并以与例D1同样的方式从所获得的测量中计算出总反射率和散射反射率。所得结果一起示于表D4中。
在如表D4所示的弯曲剥落试验的结果中,字母符合“A”表示根本不发生剥落的例子,而“C”则表示剥落局部地出现的例子。表D4中的每一光电器件衬底的样品的总反射率和散射反射率的结果通过将样品SD4-1在样品SD4的结果(该结果被认定为1)的基础上标准化来表示。
表D4样品弯曲剥落试验总反射率散射反射率SD4A1.00 1.0SD4-1C0.810.82
由表D4可知,例D4的光电器件衬底SD4的作为衬底需要的光发射性质和环境抵抗力均优于参考例的光电器件衬底SD4-1。
例D5
在本例中,使用以与例D1同样的方式形成的光电器件底座部分(样品)制作如图2所示的光电器件,并使用如图9所示的具有多室分离系统的设备。
图9所示的设备400可完成MWPCVD和RFPCVD。使用该设备,按照图2所示的层结构在反射增强层102上形成半导体层(103,151,104,161,105)和其他层。
下面将结合图9按照其流程描述上述生产过程。材料气体供给系统(未示出)通过气体供给管道连接至图9所示的设备。材料高压气筒以超高洁净度被净化。作为材料高压气筒,一SiH4气高压气筒,一CH4气高压气筒,一GeH4气高压气筒,一Si2H6气高压气筒,一PH3/H2(稀释度:0.1%),一B2H6/H2(稀释度:0.2%)气高压气筒,H2气高压气筒,一He气高压气筒,一SiCl2H2气高压气筒和一SiH4/H2(稀释度:1%)气高压气筒被连接至其上。
(1)包括衬底和在其上形成的中间层199,光反射层101和反射增强层102的底座部分490(对应于图2中的190)被置于安置在装载室401中的底座部分传输轨413上,而装载室401通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(2)打开门阀406将底座部分送入由真空泵抽(未示出)成真空的传输室402和淀积室417。底座部分490以这样的方式被加热:其背面与底座部分加热器410紧密相接。接着,淀积室417内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(3)在成膜准备以这种方式完成以后,通过气体供给管道429将氢气供入淀积室417。接着打开阀441,431和430,氢气的流速通过质量流控制器控制在300sccm。淀积室417中的气压由一传导阀(未示出)被控制在1.3乇。设置底座部分加热器使底座部分温度为350度。
(4)当底座部分温度稳定时,形成包括μC-Si的RF n-型层103。
为形成包括μC-Si的RF n-型层103,操作阀443,433,444和434,以将SiH4气体和PH3/H2气体通过气体供给管道供入淀积室417。这里,SiH4气体流量,H2气体流量和PH3/H2气体流量分别由质量流控制器438,436和439控制在2sccm,120sccm和200sccm,而淀积室417内的气压被控制在1.1乇。
接着,RF功率源422的功率被设置为0.05W/cm2,RF功率被馈入等离子体形成杯420中,以引起辉光放电的发生。从而开始在底座部分上形成RF n-型层,并且当层厚度为18nm的RF n-型层形成时,切断RF功率以停止辉光放电,从而完成RF n-型层103的形成。SiH4气体,H2气体和PH3/H2气体停止流入淀积室417,接着,淀积室和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
然后,按下述方式依次形成包括a-Si的RF i-型层151,包括a-SiGe的MW i-型层104,包括a-Si的RF i-型层161和包括a-SiC的RF D-型层105。
(5)首先,打开门阀407,将底座部分送入已由真空泵(未示出)抽成真空的传输室403和i-型层淀积室418。底座部分以这样的方式被加热:其背面与底座部分加热器411紧密相接。接着,i-型层淀积室418内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(6)为形成RF i-型层,设置底座部分加热器411使底座部分温度为290度。当底座部分充分加热时,缓慢打开阀464,454,450,463和453,以使Si2H6气体和H2气体通过气体供给管道449流入i-型层淀积室418。这里,Si2H6气体流量,H2气体流量分别由相应质量流控制器459和458控制在4sccm,120sccm,而i-型层淀积室418内的气压通过调节一传导阀(未示出)被控制在0.7乇。
接着,RF功率源424的功率被设置为0.008W/cm2,并被施加到偏置杆428,以引起辉光放电的发生,并打开盖427。从而开始在RF n-型层形成i-型层,并且当层厚度为10nm的i-型层形成时,停止RF辉光放电,切断RF功率输出,从而完成RF i-型层151的形成。
关闭阀464,454,453和450使Si2H6气体和H2气体停止流入i-型层淀积室418,接着,i-型层淀积室和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
(7)为形成MW i-型层,设置底座部分加热器411使底座部分温度为290度。当底座部分充分加热时,缓慢打开阀461,451,450,462,452,463和453,以使SiH4气体,GeH4气体和H2气体通过气体供给管道449流入i-型层淀积室418。这里,SiH4气体流量,GeH4气体流量和H2气体流量分别由相应质量流控制器456,457和458控制在45sccm,37sccm和150sccm,而i-型层淀积室418内的气压通过调节一传导阀(未示出)被控制在5毫乇。接着,RF功率源424的功率被设置为0.30W/cm2,并被施加到偏置杆428。
然后,微波功率源(2.45GHz)(未示出)被设置为0.10W/cm2,微波功率通过波导426和微波馈入窗口被供入i-型层淀积室418以引起辉光放电的发生,并打开盖427。从而开始在RF n-型层形成MW i-型层,并且当层厚度为0.17μm的i-型层形成时,停止微波辉光放电,切断偏压功率源424的功率输出,从而完成MW i-型层104的形成。关闭阀451,452和453使SiH4气体,GeH4气体和H2气体停止流入i-型层淀积室418,接着,i-型层淀积室418和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
(8)为形成RF i-型层,设置底座部分加热器411使底座部分温度为250度。当底座部分充分加热时,缓慢打开阀464,454,450,463和453,以使Si2H6气体和H2气体通过气体供给管道449流入i-型层淀积室418。这里,Si2H6气体流量,H2气体流量分别由相应质量流控制器459和458控制在3sccm,90sccm,而i-型层淀积室418内的气压通过调节一传导阀(未示出)被控制在0.7乇。
接着,RF功率源424的功率被设置为0.007W/cm2,并被施加到偏置杆428,以引起辉光放电的发生,并打开盖427。从而开始在MW i-型层形成RF i-型层,并且当层厚度为20nm的i-型层形成时,停止RF辉光放电,切断由RF功率源424的功率输出,从而完成RF i-型层161的形成。关闭阀464,454,453和450使Si2H6气体和H2气体停止流入i-型层淀积室418,接着,i-型层淀积室418和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
(9)为形成包括a-SiC的RF p-型层105,首先打开门阀408,将底座部分送入已由真空泵(未示出)抽成真空的传输室404和p-型层淀积室419。底座部分以这样的方式被加热:其背面与底座部分加热器412紧密相接。接着,p-型层淀积室419内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
设置底座部分加热器412使底座部分温度为220度。当底座部分温度温稳定时,打开阀481,471,470,482,472,483,473,484和474,使H2气体,SiH4/H2气体,B2H6/H2气体和CH4气体通过气体供给管道469流入p-型层淀积室418。这里,H2气体流量,SiH4/H2气体流量,B2H6/H2气体流量和CH4流量分别由质量流控制器476,477,478和479控制在60sccm,2sccm,10sccm,和0.3sccm,而淀积室419内的气压通过调节一传导阀(未示出)被控制在1.8乇。
接着,RF功率源423的功率被设置为0.07W/cm2,RF功率被馈入等离子体形成杯421中,以引起辉光放电的发生。从而开始在底座部分上形成RF p-型层,并且当层厚度为10nm的RF p-型层形成时,切断RF功率以停止辉光放电,从而完成RF p-型层105的形成。
关闭阀472,482,473,483,474,484,471,481和470,使H2气体,SiH4/H2气体,B2H6/H2气体和CH4气体停止流入p-型层淀积室419,接着,p-型层淀积室419和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
(10)门阀409打开,将底座部分送入已由真空泵抽(未示出)成真空的卸料室405,并打开泄漏阀(未示出)使气体由卸料室405逸出。
(11)在RF p-型层上通过真空淀积淀积一层层厚度为70nm的ITO,作为透明传导层112。
(12)透明传导层112上放置带有梳状开口的掩模,并通过真空淀积形成包括Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)的梳形扁状收集电极113。
这样就完成了本例的光电器件(图2中的190)。该光电器件在此称为SCD5。
参考例子D5-1
本例与例D5的不同在于:不在衬底形成材料为ZnO的中间层199,并且在构成材料为Ag的光反射层101之后,构成材料为ZnO的反射增强层102,而没有将衬底温度降至100度或更低的步骤。除此之外,重复例D5的过程以生产光电器件。本例的光电器件称为“SCD5-1”。
对光电器件的样品的两种类型,即SCD5和SCD5-1,各准备六个样品。对光电器件的这些样品,以下述方式进行弯曲剥落试验,以测试其环境抵抗力。使用与例A1同样的方式计算出初始光电转换效率(光电电动势/入射光强度)的特性,具体地,即光电转换效率,短路电流和断路电压。所得结果一起示于表D4中。
弯曲剥落试验以这种的方式来完成:将每个光电器件置于高温高湿度(温度:80度;湿度:80%RH)的环境中200小时,然后对其进行重复30次的弯曲测试。此外,重10kg的物体从50cm的高度重复10次落于由此形成的弯曲部分,装置中的任何剥落通过有日立公司生产的扫描电子显微镜(SEM)(型号:S-4500;放大系数:50000x)来观测。
在如表D5所示的弯曲剥落试验的结果中,字母符合“A”表示根本不发生剥落的例子,而“C”则表示剥落局部地出现的例子。表D5中的初始光电转换效率的结果是通过将光电器件SD5-1的结果在光电器件SD5的结果(该结果被认定为1)的基础上标准化来表示的。
表D5样品弯曲剥落试验总反射率散射反射率断路电压SCD5A1.001.01.00SD5-1C0.890.930.96
由表D5可知,根据本发明的方法所得到的例D5的光电器件SCD5的环境抵抗力和初始光电转换效率均优于参考例的光电器件SCD5-1。
例D6
在本例中,使用以与例D4同样的方式形成的光电器件底座部分(样品)制作如图2所示的光电器件,并使用如图9所示的具有多室分离系统的设备。
图9所示的设备400可完成MWPCVD和RFPCVD。使用该设备,按照图2所示的层结构在反射增强层102上形成半导体层(103,151,104,161,105)和其他层。
下面将结合图9按照其流程描述上述生产过程。材料气体供给系统(未示出)通过气体供给管道连接至图9所示的设备。材料高压气筒以超高洁净度被净化。作为材料高压气筒,一SiH4气高压气筒,一CH4气高压气筒,一GeH4气高压气筒,一Si2H6气高压气筒,一PH3/H2(稀释度:0.1%),一B2H6/H2(稀释度:0.2%)气高压气筒,H2气高压气筒,一He气高压气筒,一SiCl2H2气高压气筒和一SiH4/H2(稀释度:1%)气高压气筒被连接至其上。
(1)在例D4中得到的包括衬底和在其上形成的中间层199,光反射层101和反射增强层102的底座部分490(对应于图2中的190)被置于安置在装载室401中的底座部分传输轨413上,而装载室401通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(2)打开门阀406将底座部分送入由真空泵抽(未示出)成真空的传输室402和淀积室417。底座部分490以这样的方式被加热:其背面与底座部分加热器410紧密相接。接着,淀积室417内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(3)在成膜准备以这种方式完成以后,通过气体供给管道429将氢气供入淀积室417。接着打开阀441,431和430,氢气的流速通过质量流控制器控制在300sccm。淀积室417中的气压由一传导阀(未示出)被控制在1.1乇。设置底座部分加热器410使底座部分温度为350度。
(4)当底座部分温度稳定时,形成包括μC-Si的RF n-型层103。
为形成包括μC-Si的RF n-型层103,操作阀443,433,444和434,以将SiH4气体和PH3/H2气体通过气体供给管道429供入淀积室417。这里,SiH4气体流量,H2气体流量和PH3/H2气体流量分别由质量流控制器438,436和439控制在2sccm,120sccm和190sccm,而淀积室417内的气压被控制在1.1乇。
接着,RF功率源422的功率被设置为0.06W/cm2,RF功率被馈入等离子体形成杯420中,以引起辉光放电的发生。从而开始在底座部分上形成RF n-型层,并且当层厚度为20nm的RF n-型层形成时,切断RF功率以停止辉光放电,从而完成RF n-型层103的形成。SiH4气体,H2气体和PH3/H2气体停止流入淀积室417,接着,淀积室和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
然后,按下述方式依次形成包括a-Si的RF i-型层151,包括a-SiGe的MW i-型层104,包括a-Si的RF i-型层161和包括a-SiC的RF p-型层105(参见图2中的层结构)。
(5)首先,打开门阀407,将底座部分送入已由真空泵(未示出)抽成真空的传输室403和i-型层淀积室418。底座部分以这样的方式被加热:其背面与底座部分加热器411紧密相接。接着,i-型层淀积室418内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(6)为形成RF i-型层,设置底座部分加热器411使底座部分温度为280度。当底座部分充分加热时,缓慢打开阀464,454,450,463和453,以使Si2H6气体和H2气体通过气体供给管道449流入i-型层淀积室418。这里,Si2H6气体流量,H2气体流量分别由相应质量流控制器459和458控制在4sccm,110sccm,而i-型层淀积室418内的气压通过调节一传导阀(未示出)被控制在0.6乇。
接着,RF功率源424的功率被设置为0.007W/cm2,并被施加到偏置杆428,以引起辉光放电的发生,并打开盖427。从而开始在RF n-型层上形成i-型层,并且当层厚度为10nm的i-型层形成时,停止RF辉光放电,切断RF功率输出,从而完成RF i-型层151的形成。
关闭阀464,454,453和450使Si2H6气体和H2气体停止流入i-型层淀积室418,接着,i-型层淀积室和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
(7)为形成MW i-型层,设置底座部分加热器411使底座部分温度为380度。当底座部分充分加热时,缓慢打开阀461,451,450,462,452,463和453,以使SiH4气体,GeH4气体和H2气体通过气体供给管道449流入i-型层淀积室418。这里,SiH4气体流量,GeH4气体流量和H2气体流量分别由相应质量流控制器456,457和458控制在48sccm,45sccm和180sccm,而i-型层淀积室418内的气压通过调节一传导阀(未示出)被控制在6毫乇。接着,RF功率源424的功率被设置为0.30W/cm2,并被施加到偏置杆428。
然后,微波功率源(2.45GHz)(未示出)被设置为0.09W/cm2,微波功率通过波导426和微波馈入窗口425被供入i-型层淀积室418以引起辉光放电的发生,并打开盖427。从而开始在RF n-型层形成MW i-型层,并且当层厚度为0.17μm的i-型层形成时,停止微波辉光放电,切断偏压功率源424的功率输出,从而完成MW i-型层104的形成。关闭阀451,452和453使SiH4气体,GeH4气体和H2气体停止流入i-型层淀积室418,接着,i-型层淀积室418和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
(8)为形成RF i-型层,设置底座部分加热器411使底座部分温度为250度。当底座部分充分加热时,缓慢打开阀464,454,450,463和453,以使Si2H6气体和H2气体通过气体供给管道449流入i-型层淀积室418。这里,Si2H6气体流量,H2气体流量分别由相应质量流控制器459和458控制在3.5sccm,110sccm,而i-型层淀积室418内的气压通过调节一传导阀(未示出)被控制在0.5乇。
接着,RF功率源424的功率被设置为0.007W/cm2,并被施加到偏置杆428,以引起辉光放电的发生,并打开盖427。从而开始在MW i-型层形成RF i-型层,并且当层厚度为20nm的i-型层形成时,停止RF辉光放电,切断由RF功率源424的功率输出,从而完成RF i-型层161的形成。关闭阀464,454,453和450使Si2H6气体和H2气体停止流入i-型层淀积室418,接着,i-型层淀积室418和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
(9)为形成包括a-SiC的RF p-型层105,首先打开门阀408,将底座部分送入已由真空泵(未示出)抽成真空的传输室404和p-型层淀积室419。底座部分以这样的方式被加热:其背面与底座部分加热器412紧密相接。接着,p-型层淀积室419内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
设置底座部分加热器412使底座部分温度为230度。当底座部分温度温稳定时,打开阀481,471,470,482,472,483,473,484和474,使H2气体,SiH4/H2气体,B2H6/H2气体和CH4气体通过气体供给管道469流入p-型层淀积室418。这里,H2气体流量,SiH4/H2气体流量,B2H6/H2气体流量和CH4流量分别由质量流控制器476,477,478和479控制在70sccm,2sccm,10sccm,和0.2sccm,而淀积室419内的气压通过调节一传导阀(未示出)被控制在1.7乇。
接着,RF功率源423的功率被设置为0.07W/cm2,RF功率被馈入等离子体形成杯421中,以引起辉光放电的发生。从而开始在底座部分上形成RF p-型层,并且当层厚度为10nm的RF p-型层形成时,切断RF功率以停止辉光放电,从而完成RF p-型层105的形成。
关闭阀472,482,473,483,474,484,471,481和470,使H2气体,SiH4/H2气体,B2H6/H2气体和CH4气体停止流入p-型层淀积室419,接着,p-型层淀积室419和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
(10)门阀409打开,将底座部分送入已由真空泵抽(未示出)成真空的卸料室405,并打开泄漏阀(未示出)使气体由卸料室405逸出。
(11)在RF p-型层105上通过真空淀积淀积一层层厚度为70nm的ITO,作为透明传导层112。
(12)透明传导层112上放置带有梳状开口的掩模,并通过真空淀积形成包括Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)的梳形扁状收集电极113。
这样就完成了本例的光电器件。该光电器件在此称为SCD6。
参考例子D6-1
本例与例D6的不同在于:使用参考例D4-1的底座部分样品,其中不形成材料为ZnO的中间层199,并且在构成材料为Ag的光反射层101之后,构成材料为ZnO的反射增强层102,而没有将衬底温度降至100度或更低的步骤。除此之外,重复例D6的过程以生产光电器件。本例的光电器件称为“SCD6-1”。
对光电器件的样品的两种类型,即SCD6和SCD6-1,各准备六个样品。对光电器件的这些样品,以下述方式进行弯曲剥落试验,以测试其环境抵抗力。使用与例A1同样的方式计算出初始光电转换效率(光电电动势/入射光强度)的特性,具体地,即光电转换效率,短路电流和断路电压。所得结果一起示于表D6中。
弯曲剥落试验以这种的方式来完成:将每个光电器件置于高温高湿度(温度:80度;湿度:85%RH)的环境中200小时,然后对其进行重复30次的弯曲测试。此外,重10kg的物体从50cm的高度重复13次落于由此形成的弯曲部分,装置中的任何剥落通过有日立公司生产的扫描电子显微镜(SEM)(型号:S-4500;放大系数:50000x)来观测。
在如表D6所示的弯曲剥落试验的结果中,字母符合“A”表示根本不发生剥落的例子,而“C”则表示剥落局部地出现的例子。表D6中的初始光电转换效率的结果是通过将光电器件SD6-1的结果在光电器件SD6的结果(该结果被认定为1)的基础上标准化来表示的。
表D6
样品 弯曲剥落试验 总反射率 散射反射率 断路电压
SCD6 A 1.00 1.0 1.00
SCD6-1 C 0.85 0.90 0.93
由表D6可知,根据本发明的方法所得到的例D6的光电器件SCD6的环境抵抗力和初始光电转换效率均优于参考例的光电器件SCD6-1。
例D7
在本例中使用如图5所示的具有多室分离系统的制造设备构造成如图4所示的光电器件的底座部分290(即在衬底上形成中间层299,光反射层201和光反射增强层202)。然后,使用该光电器件底座部分290使用如图9所示的具有多室分离系统的制造设备构造成如图4所示的光电器件。
下面结合图5光电器件底座部分的制作过程。
材料气体供给系统(未示出)通过气体供给管道连接至图5所示的设备。材料高压气筒以超高洁净度被净化。作为材料高压气筒,一氢气高压气筒,一Ar气高压气筒和一He气高压气筒被连接至其上。ZnO和Ag用作靶。它们这样被安置使得可以在真空中完成溅射。
作为衬底(图4中的200),采用厚0.5mm的50×50mm2的不锈钢片,使用丙酮和异丙醇对其进行超声波清洁,然后进行热空气干燥。DC电源325被连接,作为溅射电源,而由ZnO组成的中间层299通过磁控管溅射形成在衬底上。接着完成后续过程。
下面结合图5按照其流程描述上述生产过程。
(1)已被清洁的衬底390(对应于图4中的200)被置于安置在装载室301中的衬底传输轨313上,而装载室301通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(2)打开门阀306将衬底送入由真空泵抽(未示出)成真空的传输室302和淀积室320。衬底390以这样的方式放置:其背面与衬底310加热器紧密相接。衬底被以25度/秒的速度加热至250度。接着,淀积室320内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约3×10-6乇。
(3)通过气体供给管道324将45sccm的Ar气供入淀积室,并操纵一传导阀(未示出)将气压控制在4毫乇。电流流入环形线圈323,并由溅射电源325施加380V的DC电压,以产生Ar等离子体。
(4)打开靶闸板326,在不锈钢的表面形成厚度为0.012μm的材料为ZnO的中间层299(图4),随后关闭靶闸板326以消除等离子体。
(5)衬底加热器310被升起,在用作衬底冷却气体的He气的环境中以20度/秒的速度将衬底温度降至100度或更低。然后,打开门阀307,将衬底送入已由真空泵(未示出)抽成真空的传输室303和淀积室330。衬底390以这样的方式放置:其背面与衬底加热器311紧密相接。衬底被以15度/秒的速度加热至290度。接着,淀积室330内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约2×10-6乇。
(6)通过气体供给管道334将35sccm的Ar气供入淀积室,并操纵一传导阀(未示出)将气压控制在4毫乇。电流流入环形线圈33,并由溅射电源335施加380V的DC电压,以产生Ar等离子体。接着,打开靶闸板336,在材料为ZnO的中间层299的表面形成厚度为0.7μm的材料为Ag的光反射层101(图2),随后关闭靶闸板336以消除等离子体。
(7)衬底加热器311被升起,在用作衬底冷却气体的He气的环境中以15度/秒的速度将衬底温度降至100度或更低。然后,再次打开门阀307,将衬底送入已由真空泵(未示出)抽成真空的传输室302和淀积室320。衬底390以这样的方式放置:其背面与衬底加热器310紧密相接。衬底被以15度/秒的速度加热至315度。接着,淀积室320内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约3×10-6乇。
(8)通过气体供给管道324将45sccm的Ar气供入淀积室,并操纵一传导阀(未示出)将气压控制在4毫乇。电流流入环形线圈323,并由溅射电源325施加385V的DC电压,以产生Ar等离子体。接着,打开靶闸板326,在材料为Ag的光反射层101的表面形成厚度为1.5μm的材料为ZnO的反射增强层202(图4),随后关闭靶闸板326以消除等离子体。
(9)衬底加热器310被升起,在用作衬底冷却气体的He气的环境中以16度/秒的速度将衬底温度降至100度或更低。然后,门阀307和308打开,将衬底送入已由真空泵抽(未示出)成真空的传输室303和卸料室304。
这样就完成了本例的光电器件的底座部分(图4中的290)。该光电器件的底座部分的样品称为“SD7”。
接着,运用通过例D7中的步骤(1)-(9)所构成的具有光反射层和反射增强层的底座部分,使用如图9所示的具有多室分离系统的制造设备构造成如图4所示的三层型光电器件。
下面将描述制作光电器件的过程。
(10)包括衬底和在其上形成的中间层299,光反射层201和反射增强层202的底座部分490(图9中的490)被置于安置在装载室401中的底座部分传输轨413上,而装载室401通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(11)打开门阀406将底座部分送入由真空泵(未示出)抽成真空的传输室402和淀积室417。底座部分490以这样的方式被加热:其背面与底座部分加热器410紧密相接。接着,淀积室417内部通过真空泵(未示出)被抽真空至约1×10-5乇。
(12)在成膜准备以这种方式完成以后,通过气体供给管道429将氢气供入淀积室417。接着打开阀441,431和430,氢气的流速通过质量流控制器436被控制在500sccm。淀积室417中的气压由一传导阀(未示出)被控制在1.3乇。设置底座部分加热器410使底座部分温度为350度。
(13)当底座部分温度稳定时,形成包括μC-Si的RF n-型层203。
为形成包括μC-Si的RF n-型层203,操作阀443,433,444和434,以将SiH4气体和PH3/H2气体通过气体供给管道429供入淀积室417。这里,SiH4气体流量,H2气体流量和PH3/H2气体流量分别由质量流控制器438,436和439控制在2sccm,100sccm和200sccm,而淀积室417内的气压被控制在1.3乇。
接着,RF功率源422的功率被设置为0.05W/cm2,RF功率被馈入等离子体形成杯420中,以引起辉光放电的发生。从而开始在底座部分上形成RF n-型层,并且当层厚度为20nm的RF n-型层形成时,切断RF功率以停止辉光放电,从而完成RF n-型层203的形成。SiH4气体,H2气体和PH3/H2气体停止流入淀积室417,接着,淀积室和气体管道的内部被抽真空至1×10-5乇。
(14)按例D5中的过程依次形成包括a-Si的RF i-型层251(对应于RF i-型层151),包括a-SiGe的MW i-型层204(对应于MW i-型层104),包括a-Si的RF i-型层261(对应于RF i-型层161),包括a-SiC的RF p-型层205(对应于RF p-型层105),包括μC-Si的RF n-型层206(对应于RF n-型层103),包括a-Si的RF i-型层252(对应于RFi-型层151),包括a-SiGe的MW i-型层207(对应于MW i-型层104),包括a-Si的RF i-型层262(对应于RF i-型层161),包括a-SiC的RFp-型层208(对应于RF p-型层105),包括μC-Si的RF n-型层209(对应于RF n-型层103),包括a-Si的RF i-型层210(对应于RF i-型层161)和包括a-SiC的RF p-型层211(对应于RF p-型层105)。
(15)在RF p-型层211上通过真空淀积淀积一层层厚度为70nm的ITO,作为透明传导层212。
(16)透明传导层212上放置带有梳状开口的掩模,并通过真空淀积形成包括Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)的梳形扁状收集电极213。
这样就完成了本例的光电器件。该光电器件在此称为SCD7。形成各半导体层RF n-型层,RF i-型层,MW i-型层和RF p-型层的条件一起示于表D7中。
表D7 流速(SCCm) 压力MW功率 RF功率底座部分层厚 SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 (乇)(W/cm2) (W/cm2)温度(℃)(nm) RF n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RF i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.7 - 0.008 300 10 MW i型层(204) 40 - - 42 100 - - - 0.011 0.12 0.31 370 110 RF i型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.75 - 0.008 300 23 RF p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RF n型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RF i型层(252) - 4.0 - - 100 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MW i型层(207) 34 - - 28 120 - - - 0.012 0.12 0.3 350 100 RF i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RF p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RF n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RF i型层(210) - 1.5 - - 60 - - - 0.8 - 0.007 190 90 RF p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.7 170 10
参考例D7-1
本例与实施例D7的不同在于:在衬底上不形成ZnO的中间层199和在形成Ag的光反射层201后在不进行将衬底温度降低到100℃或更低的工序的情况下形成ZnO的反射增强层202。除了这二点以外,重复实施例D7的流程以制造光电器件。将本例的光电器件样品称为“SCD7-1”。
对于这两种光电器件的样品,即SD7和SD7-1,各制成6个样品。关于这些光电器件的样品以下面描述的方式进行弯曲剥离测试以检验其对环境的耐受力。以与实施例A1相同的方式测定了初始光电转换效率特性(光电动势/入射光强度)(关于光电转换效率和短路电流)。以下面描述的方式也测定了光退化特性。将所得到的结果在表D8中一起示出。
以下述方式进行弯曲剥离测试:将各个光电器件置于高温和高湿度气氛的环境中(温度:80℃;湿度85%RH)维持250小时,其后进行重复30次的弯曲试验。此外,将1个10Kg的重物在50cm的高度处跌落到该已这样弯曲的部分上10次,而且用日立公司制造的一种扫描电镜(SEM)(类型:S-4500,放大率:50,000X)观察该器件内的任何剥离情况。
为了检验光退化特性,在用100mW/cm2的日光对温度为50℃的光电器件照射1,000小时后测定其光电转换效率。
在表D8中示出的弯曲剥离测试的结果中,字符“A”表示根本没有发生剥离的情况,“C”表示部分地发生剥离的情况。在表D8中也示出的初始光电转换效率特性和光退化特性的测定结果是通过依据被认为是1的光电器件SCD7的结果对光电器件SCD7-1的结果进行标准化处理来表示的。
表D8 样品弯曲剥离测试 总反射率 漫反射率 光退化特性 SCD7 A 1.00 1.00 1.00 SCD7-1 C 0.85 0.90 0.94
如从表D8中示出的结果可看出的,通过本发明的工艺在实施例D7中得到的光电器件SCD7在环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性所有方面均优于参考例的光电器件SCD7-1。
实施例D8
在本例中应用采用了图8和图10中示出的一种“滚筒至滚筒”系统的制造设备生产图4中示出的三层型光电器件。
使用一种长300m、宽30cm和厚0.2mm的带状不锈钢薄片作为衬底。
以下将参照图8描述形成光电器件底座部分的工艺。
图8中示出的连续地形成光电器件底座部分的设备依次设有:衬底送出室3610;多个淀积室3611至3614以及衬底卷绕室3684,上述各室是通过在它们之间的分离路径3615、3616、3617、3618和3619来连接的。每个淀积室都有一个抽气孔,通过该孔可对该室内部进行抽真空。
在该带状衬底3621从衬底送出室送出后,使其通过这些淀积室和分离的路径,并在衬底卷绕室中被卷拢。同时,该设备是这样设计的:可通过气体入口将气体送入到各个淀积室和分离路径,可通过各个抽气口抽出气体并可形成各层。
在淀积室3612中形成ZnO的中间层,在淀积室3613中形成Ag的光反射层和在淀积室3614中形成ZnO的反射增强层。淀积室在其内部各自设有用于在衬底背面加热衬底的卤素灯加热器3640、3641、3642和3643,在每个淀积室内使衬底升温或加热至规定的温度。分离的路径3617、3618和3619也具有降低温度的功能,以便在淀积室中分别形成半导体层后以给定的速率使衬底温度下降。特别是在本实施例中,在淀积室3613中形成光反射层后在分离路径3618内使衬底温度降低到100℃或更低。
在淀积室3612内进行直流磁控溅射,其中通过气体入口3632将Ar气送入室内,并使用ZnO作为靶3650。
在淀积室3613内进行直流磁控溅射,其中通过气体入口3634将Ar气送入室内,并使用Ag作为靶3660。
在淀积室3614内进行直流磁控溅射或RF磁控溅时,其中通过气体入口3636将Ar气送入室内,并使用ZnO作为靶3670。
在表A9中示出的条件下在带状衬底上形成光电器件底座部分之后,在衬底卷绕室3684中将衬底(形成于底座部分中)卷拢。
以下将参照图10描述生产光电器件的工艺。应用图10中示出的采用了“滚筒至滚筒”系统的设备,在下面表D10中示出的条件下生产具有如图4中示出的分层结构的三层型光电器件。
将包括以上述方式得到的光电器件底座部分的带状底座部分放在用于引入带状底座部分的装料室5010内。使该带状底座部分通过所有淀积室和所有气闸,并连到卸料室5150中的带状底座部分卷拢夹具。通过一个抽气系统(未示出)对各个淀积室抽真空,使之达到10-3Toor或更低。从形成淀积膜的混合系统5024、5034、5044、5054、5064、5074、5084、5094、5104、5114、5124、5134和5144将所要的原料气体送入各个淀积室内。从各个气体给进系统将气体送至气闸5201、5202、5203、5204、5205、5206、5207、5208、5209、5210、5211、5212、5213和5214。借助于各个淀积系统中的底座部分加热器对底座部分进行加热,通过调节各个抽气系统的抽气阀的开口来控制真空度。在底座部分温度和真空度变得稳定之后,开始转运带状底座部分,并将用于产生等离子体的RF功率或MW(频率:2.45GHz)功率加到各个淀积室。以这种方式来形成图4中示出的具有三个引出头结构的三层型光电器件,该结构是在带状底座部分290上以重叠的方式形成的。
其次,在RFP型层211上通过真空淀积法淀积层厚为70nm的ITO(铟锡氧化物)作为透明导电层212。
其次,在透明导电层212上放置一个带有梳状开口的掩模,通过真空淀积法淀积带有一种扁平结构的、由Cr(40nm)/Ag(1,000nm)/Cr(40nm)组成的梳状集电极213。
这样就完成了本实施例的光电器件的制造。以下将该光电器件称为SCD8。用于在本实施例中形成光电器件底座部分的条件在表D9中示出。用于形成各个半导体层,即RF n型层、RF i型层、MWi型层和RF p型层,的条件在表D10中示出。
表D9
光电器件底座部分形成条件
(实施例D8,所用设备:图8) 中间层 光反射层 反射增强层 ZnO Ag ZnO升温速率:(℃/sec.) 20 15 15衬底温度:(℃) 260 280 300氩气流速:(SCCm) 35 30 35压力:(毫乇) 4 3 4靶种类: ZnO Ag ZnO溅射类型: DC DC DC溅射电压:(V) 380 380 385层厚:(μm 0.01 0.62 1.0衬底冷却气体: He H2 He降温速率:(℃/sec.) 10 10 15
表D10 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 高频n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 高频i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 微波i型层(204) 58 - - 59 200 - - - 0.005 0.07 0.28 380 100 高频i型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.55 - 0.008 300 23 高频p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 高频n型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 高频i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 微波i型层(207) 43 - - 39 200 - - - 0.005 0.05 0.28 360 98 高频i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.5 - 0.008 280 23 高频p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 高频n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 高频i型层(210) - 2.0 - - 80 - - - 0.7 - 0.007 190 90 高频p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
参考例D8-1
本例与实施例D8的不同之处在于使用下述的底座部分样品:在衬底上不形成ZnO的中间层299和在形成Ag的光反射层201之后在不进行将衬底温度降到100℃或更低的工序的情况下形成ZnO的反射增强层202。除了这二点之外,重复实施例D8的流程以生产图4中示出的光电器件。将本例的光电器件样品称为“SCD8-1”。
对于这二种光电器件样品,即,SCD8和SCD8-1,制成7个样品。关于这些光电器件的样品以下面描述的方式进行弯曲剥离测试以检验其环境抵抗力。以与实施例A1相同的方式测定了初始光电转换效率特性(光电动势/入射光强度)(关于光电转换效率和短路电流)。以下面描述的方式也测定了光退化特性。将所得到的结果在表D11中一起示出。
以下述方式进行弯曲剥离测试:将各个光电器件置于高温和高温度气氛的环境中(温度:80℃;湿度85%RH)维持250小时,其后进行重复30次的弯曲试验。此外,将1个10Kg的重物在50cm的高度处跌落到该已这样弯曲的部分上10次,而且用日立公司制造的一种扫描电镜(SEM)(类型:S-4500,放大率:50,000X)观察该器件内任何剥离情况。
为了检验光退化特性,在用100mW/cm2的日光对温度为50℃的光电器件照射1,200小时后测定其光电转换效率。
在表11中示出的弯曲剥离测试的结果中,字符“A”表示根本没有发生剥离的情况,“C”表示部分地发生剥离的情况。在表D11中也示出的初始光电转换效率特性和光退化特性的测定结果是通过依据被认为是1的光电器件SCD8的结果对光电器件SCD8-1的结果进行标准化处理来表示的。
表D11 样品弯曲剥离测试 总反射率 漫反射率 光退化特性 SCD8 A 1.00 1.00 1.00 SCD8-1 C 0.84 0.90 0.93
如从表D11中示出的结果可看出的,通过本发明的工艺在实施例D8中得到的光电器件SCD8在环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性所有方面均优于参考例的光电器件SCD8-1。
实施例D9
在本实施例中在从2℃/sec.至150℃/sec.的范围内改变在形成中间层、光反射层和反射增强层时的升温速率以检验它如何影响光电器件中的初始光电转换特性等。用ZnO作为用于形成中间层的靶。
在本实施例中以与实施例D8中相同的方式制造具有图4中示出的结构的三层型光电器件,所不同的是在表D12中示出的条件下形成光电器件底座部分和在表D13中示出的条件下形成半导体层,其中使用图8中示出的用于连续地形成光电器件底座部分的设备和图10中示出的用于连续地形成光电器件半导体层的设备。具体地说,在升温速率的不同条件下制成8个样品。
关于这样得到的光电器件的样品,以与实施例D8相同的方式测定环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性,从而得到表D14中示出的结果。
将表D14中示出的在弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性方面的测定结果通过依据当以2℃/sec.的速率升温时得到的样品的测量结果对本实施例中制造的光电器件所得到的结果进行标准化处理来表示。在该表中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8;以及“A”表示大于等于1.8。
如从表D14中示出的结果可看出,考虑到弯曲剥离试验(环境抵抗力)、光电转换效率、短路电流和光退化特性的情况,在形成光电器件底座部分时的升温速率最好在从10℃/sec.至100℃/sec.的范围内。表D12 光电器件底座部分形成条件(实施例D9,所用设备:图8) 中间层 光反射层 反射增强层 ZnO Ag ZnO升温速率:(℃/sec.) 2-150 2-150 2-150衬底温度:(℃) 250 290 310氩气流速:(SCCm) 40 40 35压力:(毫乇) 3 3 4靶种类: ZnO Ag ZnO溅射类型: DC DC DC溅射电压:(V) 380 390 385层厚:(μm) 0.015 0.45 1.0衬底冷却气体: He He He降温速率:(℃/sec.) 10 10 15
表D13 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 高频n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 高频i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.7 - 0.008 300 10 微波i型层(204) 58 - - 61 270 - - - 0.010 0.12 0.31 370 100 高频i型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.65 - 0.008 300 23 高频p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 高频n型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 高频i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 微波i型层(207) 45 - - 39 250 - - - 0.013 0.10 0.3 350 98 高频i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 高频p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 高频n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 高频i型层(210) - 2.0 - - 60 - - - 0.5 - 0.007 190 90 高频p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表D14升温速率(℃/sec.) 2 8 10 40 70 100 120 150环境抵抗力弯曲剥离测试光电转换效率短路电流在光退化后的光电转换效率 B A A A A A B C C B A A A A B C C B A A A A C C C A A A A A B C
实施例D10
在本实施例中,在从0.2℃/sce.至90℃/sec.的范围内改变在形成中间层、光反射层和反射增强层后的降温速率以检验它如何影响光电器件中的初始光电转换特性等。用ZnO作为用于形成中间层的靶。
在本实施例中以与实施例D8中相同的方式制造具有图4中示出的结构的三层型光电器件,所不同的是在表D15中示出的条件下形成光电器件底座部分和在表D16中示出的条件下形成半导体层,其中使用图8中示出的用于连续地形成光电器件底座部分的设备和图10中示出的用于连续地形成光电器件半导体层的设备。具体地说,在降温速率的不同条件下制成8个样品。
关于这样得到的光电器件的样品,以与实施例D8相同的方式测定环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性,从而得到表D17中示出的结果。
将表D17中示出的在弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性方面的测定结果通过依据当以0.2℃/sec.的速率降温时所得到的样品的测量结果对本实施例中制造的光电器件所得到的结果进行标准化处理来表示。在该表中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8;和“A”表示大于等于1.8。
如从表D17中示出的结果可看出,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力)、光电转换效率、短路电流和光退化特性的情况,形成光电器件底座部分时的降温速率最好在从1℃/sec.至50℃/sec.的范围内。
表D15
光电器件底座部分形成条件(实施例D10;所用设备:图8) 中间层 光反射层 反射增强层 ZnO Ag ZnO 升温速率:(℃/sec.) 50 15 15 衬底温度:(℃) 290 290 320 氩气流速:(SCCm) 35 40 50 压力:(毫乇) 3 3 4 靶种类: ZnO Ag ZnO 溅射类型: DC DC DC 溅射电压:(V) 380 380 390 层厚:(μm) 0.02 0.7 1.8 衬底冷却气体: He H2 He 降温速率:(℃/sec.) 0.2-90 0.2-90 0.2-90
表D16 流速(sccm) 压力 (乇) MW功率 (W/cm2) RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 高频n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 高频i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 微波i型层(204) 58 - - 61 220 - - - 0.010 0.10 0.32 370 100 高频i型层(261) - 4.0 - - 105 - - - 0.55 - 0.008 300 23 高频p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 高频n型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 高频i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 微波i型层(207) 45 - - 40 220 - - - 0.013 0.10 0.3 350 98 高频i型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 高频p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 高频n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 高频i型层(210) - 4.0 - - 180 - - - 0.7 - 0.007 190 90 高频p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表D17降温速率(℃/sec.) 0.2 0.8 1 10 30 50 70 90环境抵抗力弯曲剥离测试光电转换效率短路电流在光退化后的光电转换效率 B A A A A A A B C A A A A A B C C B A A A A B C C B A A A A A B
实施例D11
在本实施例中,在从0.0002μm至0.2μm的范围内改变中间层的层厚以检验它怎样影响所得到的光电器件中的初始光电转换特性等。用ZnO作为用于形成中间层的靶。
在本实施例中,用与实施例D8中相同的方式制造具有图4中所示的结构的三层型光电器件,所不同的是在表D18中示出的条件下形成光电器件底座部分和在表D19中示出的条件下形成半导体层,其中使用图8中示出的用于连续地形成光电器件底座部分的设备和图10中示出的用于连续地形成光电器件半导体层的设备。具体地说,制成具有不同层厚的8个样品。
关于这样得到的光电器件的样品,以与实施例D8相同的方式测定环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性,从而得到表D20中示出的结果。
将表D20中示出的在弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性方面的测定结果通过依据当以0.0002μm的厚度形成中间层时所得到的样品的测量结果对本实施例中制造的光电器件所得到的结果进行标准化处理来表示。在该表中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8;和“A”表示大于等于1.8。
如从表D20中示出的结果可看出,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力)、光电转换效率、短路电流和光退化特性的情况,形成光电器件底座部分时的中间层的层厚最好在从0.001μm至0.1μm的范围内。表D18 光电器件底座部分形成条件(实施例D11;所用设备:图8) 中间层 光反射层 反射增强层 ZnO Ag ZnO升温速率:(℃/sec.) 50 15 15衬底温度:(℃) 290 290 320氩气流速:(SCCm) 35 40 50压力:(毫乇) 3 3 4靶种类: ZnO Ag ZnO溅射类型: DC DC DC溅射电压:(V) 370 380 390层厚:(μm) 0.0002-0.2 0.6 1.8衬底冷却气体: He H2 He降温速率:(℃/sec.) 30 50 50
表D19 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率(W/cm2) RF功率 (W/cm2) 底座部分 温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 高频n型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 高频i型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 微波i型层(204) 58 - - 61 250 - - - 0.011 0.10 0.32 370 100 高频i型层(261) - 4.0 - - 1.05 - - - 0.55 - 0.008 300 23 高频p型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 高频n型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 高频i型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 微波i型层(207) 45 - - 40 250 - - - 0.010 0.10 0.3 350 98 高频i型层(262) - 4.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 高频p型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 高频n型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 高频i型层(210) - 4.0 - - 280 - - - 0.7 - 0.007 190 90 高频p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表D20中间层,ZnO层厚(μm) 0.0002 0.0007 0.001 0.01 0.07 0.1 0.15 0.2环境抵抗力弯曲剥离测试光电转换效率短路电流在光退化后的光电转换效率 B A A A A A A B C A A A A A B C C B A A A A B C B A A A A A A B
实施例E1
在本实施例中,用图6中示出的一种多室分离系统制造构成图2中示出的光电器件的底座部分190。更具体地说,在衬底100上形成中间层199、光反射层101和反射增强层102。
以下将按照其流程描述它们的制造工艺。通过气体给进管将一个原料气体给进系统(未示出)连接到图6中示出的设备上。将所有材料气筒在超高纯度中进行纯化。将一个H2气瓶、一个Ar气筒和一个He气筒连接于其上作为原料气筒。用ZnO-Ag(99∶1)、Ag和ZnO作为靶。这些制造工艺是这样来提供的:使得溅射可在真空中进行。
用一个厚0.5mm、50×50mm2的不锈钢薄片作为衬底(图2中的100),将该衬底用丙酮和异丙醇进行超声清洗,其后进行热空气干燥。连接直流电源3325作为溅射电源,通过直流磁控溅射在衬底上形成ZnO-Ag(99∶1)的中间层199。然后进行其后的工艺。
以下将参照图6按照其流程详细地描述上述制造工艺。
(1)将已进行了清洗的一个衬底3390(对应于图2中的100)放置在装料室3301内提供的衬底转运导轨3313上,借助于一个真空抽气泵(未示出)对装料室3301的内部进行抽真空,使之具有约1×10-5乇.的压力。
(2)打开闸门阀3306以便将衬底运送入借助于一个真空泵(未示出)预先已抽成真空的转运室3302和淀积室3320内。该衬底3390的固定方式是使其背部紧贴着衬底加热器3310,并在以13℃/sec.的速率升温的同时进行加热使衬底温度达到180℃。然后,借助于一个真空泵(未示出)对淀积室3320的内部进行抽真空使其具有约3×10-6乇的气压。
(3)通过气体给进管3324将38SCCm的Ar(氩)气送入上述淀积室,操作一个导阀(未示出)将气压控制为3m乇。使电流流至环形线圈3323,从溅射电源3325对其加上380V的DC电压使之产生Ar等离子体。
(4)打开靶闸板3326,在不锈钢薄片的表面上形成0.01μm的层厚的ZnO-Ag(99∶1)的中间层199,随后关闭靶闸板3326,使等离子体熄灭。
(5)提起衬底加热器3310,在用作衬底冷却气体的He(氦)气气氛中以7℃/sec.的降温速率使衬底温度降至100℃或更低。其后,打开闸门阀3307将衬底运送入事先借助于一个真空泵(未示出)已进行了抽真空的转运室3303和淀积室3330内。该衬底3390的固定方式是使其背部紧贴着衬底加热器3311,并在以13℃/sec.的速率升温的同时进行加热使衬底温度达到290℃。然后,借助于一个真空抽气泵(未示出)对淀积室3330的内部进行抽真空,使其具有约2×10-6乇的气压。
(6)通过气体给进管3334将42SCCm的Ar气送入上述淀积室,操作一个导阀(未示出)将气压控制为4毫乇。使电流流至环形线圈3333,从溅射电源3335对其加上380V的直流电压使之产生Ar等离子体。其次,打开靶闸板3336,在ZnO-Ag(99∶1)的中间层199的表面上形成0.6μm的层厚的Ag的光反射层101,其后关闭靶闸板3336,使等离子体熄灭。
(7)提起衬底加热器3311,在用作衬底冷却气体的He(氦)气气氛中以6℃/sec.的降温速率使衬底温度降至100℃或更低。其后,打开闸门阀3308将衬底运送入事先借助于一个真空泵(未示出)已进行抽真空的转运室3304和淀积室3340内。该衬底3390的固定方式是使其背部紧贴着衬底加热器3312,并在以13℃/sec.的速率升温的同时进行加热使衬底温度达到290℃。然后,借助于一个真空泵(未示出)对淀积室3340的内部进行抽真空,使其具有约3×10-6乇的气压。
(8)通过气体给进管3344将43SCCm的Ar气送入上述淀积室,操作一个导阀(未示出)将气压控制为4毫乇。使电流流至环形线圈3343,从溅射电源3345对其加上385V的直流电压使之产生Ar等离子体。其次,打开靶闸板3346,在Ag的光反射层101的表面上形成1.2μm的层厚的ZnO的反射增强层102,其后关闭靶挡板3346,使等离子体熄灭。
(9)提起衬底加热器3312,在用作衬底冷却气体的He气气氛中以7℃/sec.的降温速率使衬底温度降至100℃或更低。其后,打开闸门阀3309将衬底运送入事先借助于一个真空抽气泵(未示出)已进行抽真空的卸料室3305内。
这样就完成了本实施例的光电器件底座部分(图2中的190)的制造。把该光电器件底座部分的样品称之为“SEI”。
参考例E1-1
本例与实施例E1的不同之处只在于当形成ZnO-Ag(99∶1)的中间层199时将衬底温度固定于10℃。除了这一点外,重复实施例E1的流程来制造底座部分样品。将本例的光电器件底座部分样品称之为“SE1-1”。
参考例E1-2
本例与实施例E1的不同之处只在于当形成ZnO-Ag(99∶1)的中间层199时将衬底温度固定于60℃。除了这一点外,重复实施例E1的流程来制造样品。将本例的光电器件底座部分样品称之为“SE1-2”。
参考例E1-3
本例与实施例E1的不同之处只在于当形成Ag的光反射层101时将衬底温度固定于150℃。除了这一点外,重复实施例E1的流程来制造样品。将本例的光电器件底座部分样品称之为“SE1-3”。
参考例E1-4
本例与实施例E1的不同之处只在于当形成Ag的光反射层101时将衬底温度固定于550℃。除了这一点外,重复实施例E1的流程来制造样品。将本例的光电器件底座部分样品称之为“SE1-4”。
参考例E1-5
本例与实施例E1的不同之处只在于在形成Ag的光反射层101之后,在不进行降低衬底温度至100℃或更低的工序的情况下形成ZnO的反射增强层102。除了这一点外,重复实施例E1的流程来制造样品。将本例的光电器件底座部分样品称之为“SE1-5”。
参考例E1-6
本例与实施例E1的不同之处只在于当形成ZnO的反射增强层102时将衬底温度固定于150℃。除了这一点外,重复实施例E1的流程来制造样品。将本例的光电器件底座部分样品称之为“SE1-6”。
参考例E1-7
本例与实施例E1的不同之处只在于当形成ZnO的反射增强层102时将衬底温度固定于450℃。除了这一点外,重复实施例E1的流程来制造样品。将本例的光电器件底座部分样品称之为“SE1-7”。
对于8种光电器件底座部分样品,即,SE1和SE1-1至SE1-7,各制成5个样品。关于这些光电器件底座部分样品,进行弯曲剥离测试以检验其环境抵抗力,从而得到表E1中示出的结果。
以下述方式进行了弯曲剥离测试:将各个光电器件底座部分置于一种高温和高湿度环境(温度:82℃;湿度:82%RH)的气氛中维持130小时,其后对其进行重复20次的弯曲试验。此外,将1个10Kg的重物在50cm的高度处跌落到该已这样弯曲的部分上12次,而且用日立公司制造的一种扫描电镜(SEM)(类型:S-4500,放大率:50,000X)观察该底座部分内的任何剥离情况。
在表E1中示出的弯曲剥离测试结果中,字符“A”表示根本没有发生剥离的情况,“B”表示很局部地发生剥离的情况。
关于以上样品,也测量了光反射率,并以所得到的测量结果以与实施例A1中相同的方式测定总反射率和漫反射率,从而得到在表E1中一起示出的结果。
表E1中示出的总反射率和漫反射率的结果是对于每个光电器件底座部分样品通过依据被认为是1的样品SE1的结果对样品SE1-1至SE1-7的结果进行标准化处理来表示的。
表E1 样品 弯曲剥离测试 总反射率 漫反射率 SE1 A 1.00 1.00 SE1-1 B 1.00 1.00 SE1-2 B 1.00 1.00 SE1-3 A 1.00 0.59 SE1-4 A 0.96 0.90 SE1-5 A 0.82 0.80 SE1-6 A 0.91 0.76 SE1-7 A 0.86 0.90
如从表E1中示出的结果可看出的,实施例E1的光电器件底座部分SE1在作为底座部分所需要的光反射性质和对环境的耐受力两方面均优于参考例的光电器件底座部分SE1-1至SE1-7。
实施例E2
本例与实施例E1的不同之处在于:通过改变以下两项的条件来制造构成图2中示出的光电器件的底座部分。
(a)用一种ZnO-Fe(99.5∶0.5)靶来代替ZnO-Ag(99∶1)靶。
(b)用H2(氢)气代替He(氦)气来作为衬底冷却气体。
与实施例E1相同,用图6中示出的一种多室多离系统的设备来制造构成图4中示出的光电器件的底座部分190。更具体地说,在衬底100上形成中间层199、光反射层101和反射增强层102。
以下将按照其流程描述它们的制造工艺。通过气体给进管将原料气体给进系统(未示出)连接到图6中示出的设备上。将所有原料气筒在超高纯度中进行纯化。将一个H2气筒、一个Ar气筒和一个He气筒连接于其上作为原料气筒。用ZnO-Fe(99.5∶0.5)、Ag和ZnO作为靶。这些制造工艺是这样来提供的:使得溅射可在真空中进行。
用一个厚0.5mm、50×50mm2的不锈钢薄片作为衬底(图2中的100),将该衬底用丙酮和异丙醇进行超声清洗,其后进行热空气干燥。连接直流电源3325作为溅射电源,通过直流磁控溅射在衬底上形成ZnO-Fe(99.5∶0.5)的中间层199。然后进行其后的工艺。
以下将参照图6按照其流程详细地描述上述制造工艺。
(1)将已进行了清洗的一个衬底3390(对应于图2中的100)放置在装料室3301内提供的衬底转运导轨3313上,借助于一个真空泵(未示出)对装料室3301的内部进行抽真空,使之具有约1×10-5乇的气压。
(2)打开闸门阀3306以便将衬底运送入借助于一个真空泵(未示出)预先已抽成真空的转运室3302和淀积室3320内。该衬底3390的固定方式是使其背部紧贴着衬底加热器3310,并在以15℃/sec.的速率升温的同时进行加热使衬底温度达到250℃。然后,借助于一个真空泵(未示出)对淀积室3320的内部进行抽真空使其具有约3×10-6乇的气压。
(3)通过气体给进管3324将45SCCm的Ar气送入上述淀积室,操作一个导阀(未示出)将气压控制为4毫乇。使电流流至环形线圈3323,从溅射电源3325对其加上385V的DC电压使之产生Ar等离子体。
(4)打开靶闸板3326,在不锈钢薄片的表面上形成0.015μm的层厚的ZnO-Fe(99.5∶0.5)的中间层199(图2),随后关闭靶闸板3326,使等离子体熄灭。
(5)提起衬底加热器3310,在用作衬底冷却气体的H2气气氛中以7℃/sec.的降温速率使衬底温度降至100℃或更低。其后,打开闸门阀3307将衬底运送入事先借助于一个真空抽气泵(未示出)已进行了抽真空的转运室3303和淀积室3330内。该衬底3390的固定方式是使其背部紧贴着衬底加热器3311,并在以17℃/sec.的速率升温的同时进行加热使衬底温度达到290℃。然后,借助于一个真空抽气泵(未示出)对淀积室3330的内部进行抽真空,使其具有约2×10-6乇的气压。
(6)通过气体给进管3334将39SCCm的Ar气送入上述淀积室,操作一个导阀(未示出)将气压控制为4毫乇。使电流流至环形线圈3333,从溅射电源3335对其加上380V的直流电压,使其产生Ar等离子体。其次,打开靶挡板3336,在ZnO-Fe(99.5∶0.5)中间层199的表面上形成0.5μm的层厚的Ag光反射层101(图2),随后,关闭靶闸板3336,使等离子体熄灭。
(7)提起衬底加热器3311,在用作衬底冷却气体的H2气气氛中以8℃/sec.的降温速率使衬底温度降至100℃或更低。其后,打开闸门阀3308将衬底运送入事先借助于一个真空抽气泵(未示出)已进行了抽真空的转运室3304和淀积室3340内。该衬底3390的固定方式是使其背部紧贴着衬底加热器3312,并在以13℃/sec.的速率升温的同时使衬底温度达到315℃。然后,借助于一个真空泵(未示出)对淀积室3340的内部进行抽真空,使其具有约3×10-6乇的气压。
(8)通过气体给进管3344将45SCCm的Ar气送入上述淀积室,操作一个导阀(未示出)将气压控制为4毫乇。使电流流至环形线圈3343,从溅射电源3345对其加上385的直流电压使之产生Ar等离子体。其次,打开靶闸板3346,在Ag光反射层101的表面上形成1.5μm的层厚的ZnO的反射增强层102(图2),随后关闭靶闸板3346,使等离子体熄灭。
(9)提起衬底加热器3212,在用作衬底冷却气体的H2气气氛中以16℃/sec.的降温速率使衬底温度降至100℃或更低。其后,打开闸门阀3309将衬底运送入事先借助于一个真空抽气泵(未示出)已进行了抽真空的卸料室3305中。
这样就完成了本实施例的光电器件底座部分(图2中的190)的制造。将该光电器件底座部分称为“SE2”。
参考例E2-1
本例与实施例E2的不同之处在于:不形成ZnO-Fe(99.5∶0.5)的中间层199和在形成Ag光反射层101之后在不进行降低衬底温度至100℃或更低的工序的情况下形成ZnO的反射增强层102。除了这两点外,重复实施例E2的流程来制造样品。将本例的光电器件底座部分样品称为“SE2-1”。
对于光电器件底座部分的这些样品的每两种,即SE2和SE2-1准备了5个样品。关于光电器件底座部分的这些样品,进行了与在例子E1中一样的弯曲剥离测试以检查它们的环境抵抗力。也进行了光反射的测量,并且,从得到的测量结果以与在例1中一样的方式测定总反射率和漫反射率。所得结果都在表E2中所示。
在弯曲剥离测试的结果中,如在表E2中所示,字符“A”表示根本没有剥离发生的情况,并且“C”表示剥离部分发生的情况。通过以被看作为1的样品SE2的结果为基础对样品SE2-1的结果进行标准化,对于光电器件底座部分的每个样品,表E2中的总反射率和漫反射率被表示出来。
表E2
弯曲剥
样品 总反射率 漫反射率
离测试
SE2 A 1.00 1.00
SE2-1 C 0.78 0.79
从表E2所示结果可知,在同一时间,例子E2的光电器件底座部分SE2在底座部分所要求光反射性质和环境抵抗力方面比基准例子的光电器件底座部分SE2-1要优越。还可以看到氢气作为衬底冷却气体是有效的。
例子E3
这个例子与例E1的不同在于光电器件底座部分是由以下两个项目上改变条件来得到的:
(a)由ZnO-Ni(99.5∶0.5)靶代替ZnO-Ag(99∶1)靶。
(b)作为衬底冷却气体,由氩气代替氦气。
像例子E1一样,图2中所示的构成光电的底座部分190通过使用图6中所示的多室分离系统的装置来产生。更专门地,中间层199,光反射层101和反射增强层102衬底100之上形成。
它们的生产工艺随着其步骤在下面描述。物质气体供应系统(未示出)通过气体供应导管被连接到图6所示的装置。物质气体气筒是被纯化到超高纯度的。作为物质气体气筒,一个氢气筒、一个氩气筒和一个氦气筒被连接在一起。ZnO-Ni(99.5∶0.5)、银和氧化锌被用作靶。这些被供应为能够在真空中进行溅射。
作为衬底(图2中的100),使用了厚度为0.5毫米且50×50平方毫米的不锈钢层,它经过了使用丙酮和异丙醇进行的超音速清洁以及随后的热空气干燥。DC电源3325被连接作为溅射电源,在衬底上由DC磁控溅射形成ZnO-Ni(99.5∶0.5)的中介层199。然后进行随后的工艺。
以上生产工艺在以下随参考图6的步骤被描述。
(1)已被清洁的衬底3390(对应图2中的100)被置于衬底上,该衬底转运在装载室3301中的导轨3313,用一个真空泵(未示出)将装载室的内部抽到具有大约1×10-5乇的气压。
(2)门阀3306被打开来将衬底传入转运室3302和先前已由真空泵(未示出)抽过的淀积室3320。衬底3390被置成背面与衬底加热器3310呈紧密接触,并且在以13℃/sec的速度进行升温的状态下被加热,使衬底温度达到210℃。随后,淀积室3320的内部由真空泵(未示出)被抽到具有3×10-6乇的气压。
(3)39SCCm的氩气通过气体给进管3324被送入淀积室3320,并且一个导通阀门(未示出)被调节来控制气压来达到3毫乇。电流流到螺旋管线圈3323,从溅射电源3325使用375V的直流电源来产生氩等离子体。
(4)靶闸板3326被打开,且有0.008μm厚度的ZnO-Ni(99.5∶0.5)的中介层在不锈钢层的表面上形成,随后靶闸板3326被关上来消除等离子体。
(5)衬底加热器3310被提升,衬底温度在氩气用作衬底冷却气体的气体环境下以3℃/sec的速度降温被降至100℃或更低。随后,门阀3307被打开来将衬底传入到转运室3303和先前由真空泵(未示出)抽真空的淀积室3330。衬底3390被置成背面与衬底加热器3311呈紧密接触,在以17℃/sec.的速度升温的状态下使衬底温度达到290℃。然后,淀积室3330的内部由真空泵(未示出)被抽到具有大约2×10-6乇的气压。
(6)41SCCm的氩气通过气体给进管3334被送入淀积室3330,一个导阀(未示出)被调节来控制气压来达到3毫乇。电流流到螺旋管线圈3333,从溅射电源3335使用380V的直流电压来产生氩等离子体。随后,靶闸板3336被打开,在ZnO-Ni(99.5∶0.5)的中间层的表面上形成厚度为0.7μm的银光反射层101(图2),随后,靶闸板3336被关上来清除等离子体。
(7)衬底加热器3311被提升,衬底温度在用氩气作为衬底冷却气体的气体环境以3℃/sec的速度降温而被降到100℃或更低。然后,门阀3308被打开来将衬底传入传送室3304和先前用真空泵(未示出)抽过的淀积室3340。衬底3390被置于背面与衬底加热器3312呈紧密接触,并且在以14℃/sec的速度升温的状态下被加热而使衬底温度达到310℃。然后,淀积室3340的内部由真空泵(未示出)被抽到具有大约3×10-6乇的气压。
(6)41SCCm的氩气通过气体给进管3334被送入淀积室3340,并且一个导阀(未示出)被调节从而控制气体来达到3毫乇。电流流到环形线圈3333,从溅射电源3335使用380V的直流电压来产生等离子体。然后打开靶闸板3336,在ZnO-Ni(99.5∶0.5)的中间层的表面上形成厚度为0.7μm的银的光反射层101(图2),随后靶闸板3336被关闭来消除等离子体。
(7)衬底加热器3311被提升,并且衬底温度在用氩气作为衬底冷却气体的气体环境下以3℃/sec的速度降温而被降至100℃或更低。随后,打开门阀3308来将衬底传入传送室3304和先前用真空泵(未示出)抽过的淀积室3340。衬底3390被置为背面与衬底加热器3312呈紧密接触,并且以14℃/sec的速度被加热而使衬底温底达到310℃。然后,用真空泵(未示出)将淀积室3340的内部抽到具有大约3×10-6乇的大气压。
(8)42SCCm的氩气通过气体给进管被送入淀积室3340,操作一个导阀(未示出)来控制气压来达到4毫乇。电流流到螺旋管线圈3343,从溅射电压3345得到380V的直流电压来产生氩等离子体。然后,靶闸板3346被打开,在银的光反射层101的表面上形成厚度为1.1μm的ZnO的反射增强层102,随后,关上靶闸板3346来清除等离子体。
(9)衬底加热器3312被提升,衬底温度在用氩气作为衬底冷却气体的气体环境下以5℃/sec的速度降温而被降至100℃或更低。随后,打开门阀3309来将衬底传入到先前用抽真空泵(未示出)抽过的去载室3305。
于是,完成了本例的光电器件底座部分(图2中的190)的生产。这种光电器件底座部分的样品被叫作“SE3”。
参考例E3-1
本例不同于例E3的地方在于不形成ZnO-Ni(99.5∶0.5)的中间层199,而是在形成银的反射增强层101之后,在没有将衬底温度降至100℃或更低的步骤的情况下形成ZnO的反射增强层102。除了这些,例E3的步骤被重复来生产样品。这个例子的光电底座部分的样品被称作“SE3-1”。
对于这种光电器件底座部分的样品的每两种,即SE3和SE3-1,准备了5种样品。关于这种光电器件的这些样品,按与例E1中一样的方式进行弯曲剥离测试来检验它们的环境电阻。也进行了光反射的测量,并且,从得到的测量结果以与在例1中一样的方式测定总的反射率和漫反射率。所得结果都在表E3中所示。
在弯曲剥离测试的结果中,如在表E3中所示,字符“A”表示根本没有剥离发生的情况。字符“C”表示剥离部分发生的情况。通过以被看作为1的样品SE2的结果为基础对样品SE3-1的结果进行标准化,对于光电器件底座部分的每个样品,表E3中的总的反射率和漫反射率被表示出来。
表E3
弯曲剥
样品 总反射率 漫反射率
离测试
SE3 A 1.00 1.00
SE3-1 C 0.79 0.78
从表E3所示结果可知,在同一时间,例E3的光电器件底座部分SE3在底座部分所要求光反射性质和环境抵抗力方面比基准例子的光电器件底座部分SE3-1要优越。还可以看到氩气作为衬底冷却气体是有效的。
例E4
这个例子与例E1的不同之处在于光电器件底座部分是由在以下两个项目上改变条件来得到的:
(a)由ZnO-Ag-Cr(99∶0.5∶0.5)靶代替ZnO-Ag(99∶1)靶。
(b)当用氩气和氧气的组合代替ZnO的反射增强层102时只使用氩气。
像例E1一样,使用图6中所示的多室分离系统装置来生产图2中所示的构成光电的底座部分190。更专门地,在衬底100上形成中间层199,光反射层101和反射增强层102。
它们的生产工艺随着其步骤在下面描述。物质气体供应装置(未示出)通过气体供应导管被连接到图6所示的装置。物质气体气筒是被纯化到超高纯度的。作为物质气体气筒,一氢气筒、一个氩气筒和一个氦气筒被连在一起。ZnO-Ag-Cr(99∶0.5∶0.5)、Ag和ZnO被作为靶。这些被供应为能够在真空中进行溅射。
作为衬底(图2中的100),使用了厚度为0.5毫米且50×50平方毫米的不锈钢层,它经过了使用丙酮和异丙醇进行的超音速清洁以及随后的热空气干燥。DC电源3325被连接作为溅射电源,在衬底上由DC磁控溅射形成——ZnO-Ag-Cr(99∶0.5∶0.5)的中间层199。然后进行随后的工艺。
以上生产工艺在以下随参考图6的步骤被描述。
(1)已被清洁的衬底3390(对应于图2中的100)被置于衬底上,该衬底转运在装载室3301中的导轨3313,用一个真空泵(未示出)将装载室的内部抽到具有大约1×10-5乇的真空气压。
(2)门阀3306被打开来将衬底传入转运室3302和先前由真空泵(未示出)抽过的淀积室3320。衬底3390被置成背面与衬底加热器3310呈紧密接触,并且在以15℃/sec的速度进行升温的状态下被加热,使衬底温度达到290℃。然后,淀积室3320的内部由真空泵(未示出)抽到具有大约3×10-6乇的气压。
(3)42SCCm的氩气通过气体给进管3324被导入其中,并且一个导通阀门(未示出)被调节来控制气压来达到3毫乇。电流流到螺旋管线圈3323,从溅射电源3325使用385V的直流电源来产生氩等离子体。
(4)靶闸板3326被打开,在不锈钢层的表面上形成厚度为0.01μm的ZnO-Ag-Cr(99∶0.5∶0.5)的中介层199,然后关上靶闸板3326来消除等离子体。
(5)衬底加热器3310被提升,衬底温度在氦气用作衬底冷却气体的气体环境下以8℃/sec的速度降温被降至100℃或更低。然后,打开门阀3307来将衬底传入转运室3303和先前由真空泵(未示出)抽过的淀积室3330。衬底3390被置成背面与衬底加热器3311呈紧密接触,在以17℃/sec的速度升温的状态下使衬底温度达到290℃。然后,用真空泵(未示出)将淀积室3330的内部抽到具有大约2×10-6乇的气压。
(6)48SCCm的氩气通过气体给进管3334被导入淀积室3330,操作一个导阀(未示出)来控制压力来达到4毫乇。电流流到螺旋管线圈3333,从溅射电源3335得到375V的直流电源来产生氩等离子体。然后,打开靶闸板,在ZnO-Ag-Cr(99∶0.5∶0.5)的中间层199的表面上形成厚度为0.6μm的银的光反射层101(图2),然后关上靶闸板3336来清除等离子体。
(7)提升衬底加热器3311,衬底温度在用氦气作为衬底冷却气体的气体环境以8℃/sec的速度降温而被降至100℃或更低。然后,打开门阀3308来将衬底传入转运室3304和先前用抽真空泵(未示出)抽过的淀积室3340。衬底3390被置成背面与衬底加热器3312呈紧密接触,并以15℃/sec的速度升温而被加热而使衬底温度达到310℃。然后,用真空泵(未示出)将淀积室3340的内部抽到具有大约3×10-6乇的气压。
(8)通过气体给进管被3344,将41SCCm的氩气和41SCCm所氧化导入淀积室3340,操作一个导阀(未示出)来控制压力来达到2毫乇。电流流向螺旋管线圈3340,从溅射电源3345使用380V的直流电源来产生氩/氧等离子体。然后,打开靶闸板3346,在银的光反射层101的表面上形成层厚为1.5μm的ZnO的反射增强层102(图2),随后,关上靶闸板3346来清除等离子体。
(9)提升衬底加热器3312,衬底温度在用氦气作为衬底冷却气体的气体环境下以22℃/sec的速度降温而降至100℃或更低。然后,打开门阀3309来将衬底导入先前用真空泵(未示出)抽过的去载室3305。
于是,完成了本例的光电器件底座部分(图2中的190)的生产。这种光电器件底座部分的样品被叫作“SE4”。
参考例E4-1
本例与例E4的不同之处在于:不形成ZnO-Ag-Cr(99∶0.5∶0.5)的中间层199,而是在形成银的光反射层101之后,在没有将衬底温度降至100℃或更低的步骤的情况下形成ZnO的反射增强层102。除了这些,重复例E4的步骤来生产样品。本例的光电底座部分的样品被称作“SE4-1”。
对光电器件底座部分的样品中的每两种,即SE4和SE4-1,准备了5个样品。关于光电器件的底座部分的这些样品,以与例E1同样的方式进行了弯曲剥离测试来检查它们的环境电阻。从得到的测量结果,也测量了光反射率,以与在例E1中同样的方式测定总反射率和被散射的反射率。所得到的结果如表E4中所示。
在弯曲剥离测试的结果中,如在表E4中所示,字符“A”表示根本没有剥离发生的情况。并且“C”表示剥离部分发生的情况。通过以被看作为1的样品SE4的样品SE2的结果为基础对样品SE4-1的结果进行标准化,对于光电器件底座部分的每个样品,表E4中的总的反射率和漫反射率被表示出来。
表E4
弯曲剥
样品 总反射率 漫反射率
离测试
SE4 A 1.00 1.00
SE4-1 C 0.79 0.80
从表4所示结果可知,在同一时间,例E4的光电器件底座部分SE4在底座部分所要求反射性质和环境抵抗力方面比参考例的光电器件底座部分SE4-1要优越。
例E5
在本例中,以与在例E1同样的方式使用光电器件底座部分(样品)来生产如图2所示的光电器件,并且使用了采用了如图9中所示的多室分离系统的装置。
在图9中所示的装置400可以进行
(MWPCVD)和(RFPCVD)。使用这种装置,根据在图2中所示的层结构在反射增强层102上形成半导体层(103,151,104,161,105)和其它的层。
它们的生产工艺在以下参考图9,随其步骤加以描述。如图9所示,物质气体给进系统通过气体给进管被连接到图9中所示的装置。物质气体气筒都被纯化成超高纯度。作为物质气体气筒,SiH4气筒、CH4气筒、GeH4气筒、Si2H6气筒、PH3/H3(稀度0.1%)气瓶、B2H6/H3(稀度:0.2%)气筒、氢气筒、氦气筒、SiCl2H2气筒和SiH4/H2(稀度:1%)气筒被连到一起。
(1)将包含衬底和在其上形成的中间层199、光反射层101和反射增加层102的底座部分(对应于图2中的190)置于在装载室401中提供的底座部分转运导轨413之上,并且用真空泵(未示出)将装载室401的内部抽到具有大约1×10-5乇的气压。
(2)打开门阀406来将底座部分传入转运室402和先前用真空泵(未示出)抽过的淀积室417。底座部分以这样的方式被加热,使得背面与底座部分加热器410呈紧密接触。然后,用真空泵(未示出)将淀积室417的内部抽到具有大约1×10-5乇的大气压。
(3)在以这种方式完成了薄膜形成的准备后,通过气体给进管429将氢气导入到淀积室417。然后,打开阀门441,431和430,用质量流动控制器436来控制氢气的流速使之为300SCCm。用一个导阀门(未示出)来控制淀积室417的内部的气压来达到1.3乇。置底座部分加热器410为使底座部分温度为350℃。
(4)在底座部分温度变得稳定的时候,形成了包括μC-Si的RFn型层103。
为了形成包含μC-Si的RFn型层103,操作阀门443,433,444和434来通过气体给进管429将SiH4气和PH3/H2气送入到淀积室417。这里,用质量流动控制器438,436和439来控制SiH4气流速,H2气流速和PH3/H2气流速,使它们分别为2 SCCm、140SCCm和200SCCm,控制淀积室417内部的气压而达到1.3乇。
下一步,置RF功率源422的功率为0.05W/cm2,RF功率被馈入等离子体形成帽420来产生辉光放电。于是,开始了在底座部分上的RFn型层的形成,形成了层厚为16nm的RFn型层,然后关闭RF功率源来停止辉光放电以完成RFn型层103的形成。使SiH4气、PH3/H2气和氢气停止流入淀积室417,然后将淀积室的内部和气体导管的内部抽到具有大约为1×10-5乇的气压。
接着,以下述方式连续形成一个包括a-SiRFi型层151,一个包括a-SiGe的MWi型层104,一个包括a-Si的RFi型层161,以及一个包括a-SiC的RFP型层105。
(5)首先,打开一个门阀407,以便将底座部分送入转运室403和i型层淀积室418,此淀积室曾用一个真空泵(未示出)抽空。该底座部分以下述方式被加热,即将其背面与底座部分加热器411密切接触。然后,把该i型层淀积室418的内部用一个真空泵(未示出)抽空,使其压力约为1×10-5乇。
(6)为了形成RFi型层,将底座部分加热器411设置为使该底座部分的温度达到275℃。在该底座部分被充分加热的同时,把阀464,454,450,463和453慢慢打开,以便使Si2H6气和H2气通过供气管449流入i型层淀积室418。在此Si2H6气流量(flow rate)和H2气流量利用相应的质量流控制器459和458进行控制,使之分别为4SCCm和120SCCm。通过调节导阀(Conductance valve)(未示出)控制该i型层淀积室411的内部压力使之为0.5乇。
接着,将RF功率源(Power source)424的功率设置为0.008W/cm2并将其施加到偏置棒428以便产生辉光放电,并且打开节气门(shutter)427。这样使开始在该RFn型层上形成i型层,并且以10nm的层厚度形成一个i型层,随后停止RF辉光放电并停止RF功率源的输出,从而结束RFi型层151的形成。
关闭阀464,454,453和450,以便使Si2H6气和H2气停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418的内部和气管内部抽空,使之压力为1×10-5乇。
(7)为了形成MWi型层,设置底座部分加热器411,以使底座部分的温度达到380℃。在该底座部分充分加热的同时,慢慢打开阀461,451,450,462,452,463和453,使SiH4气、GeH4气和H2气通过供气管449流入该i型层淀积室418。在此利用相应的物流控制器456,457和458控制SiH4气流速,GeH4气流速和H2气流速,使之分别为45SCCm,40SCCm和180SCCm。通过调节导阀(未示出)的开口来控制i型层淀积室418内部的压力,使之为4毫乇(毫乇)。
接着,将RF功率源424的功率设置为0.30W/cm2,并将其施加到偏置棒428。此后,将一个MW功率源(2.45GHz)(未示出)的功率设置为0.08W/cm2,通过MW管426和MW引入窗425将此MW功率供入i型层淀积室418,使得产生辉光放电,打开节气门427。这样在RFi型层上开始形成MWi型层,形成厚度为0.17μm的一个i型层,随后停止MW辉光放电,并停止从该偏置功率源424的输出,从而完成MWi型层104的形成。
关闭阀451,452和453,使SiH4气,GeH4气和H2气停止流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418的内部和气管的内部抽空,使之压力为1×10-5乇。
(8)为了形成RFi型层,设置底座部分加热器411,使底座部分温度达到240℃。在底座部分被充分加热的同时,慢慢打开阀464,454,450,463和454,使SiH6气流速和H2气通过供气管449流入i型层淀积室418。在此,利用相应的质量流控制器459和458控制Si2H6气流速和H2气流速,使之分别为3SCCm和100SCCm。通过调节导阀(未示出)的开口控制i型层淀积室418的内部压力,使之为0.6乇。
接着,将RF功率源424的功率设置为0.007W/cm2并且将其施加到偏置棒428以使辉光放电发生,并且打开节气门427。这样,开始在MWi型层上形成RFi型层,形成厚度为20nm的i型层,随后停止RF辉光放电,并且停止RF功率源424的输出,从而完成RFi型层161的形成。关闭阀464,454,453和450以便停止Si2H6气和H2气流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418的内部和气管的内部抽空,使之压力为1×10-5乇。
(9)为了形成包括a-SiC的RFP型层105,首先,打开门阀408,以便将底座部分送入转运室404和P型层淀积室419,该淀积室曾用一个真空泵(未示出)抽空。以下述方式将该底座部分加热,即使其背面与底座部分密切接触。然后,利用该真空泵(未示出)将P型层淀积室419的内部抽空,使之压力为1×10-5乇。
设置底座部分加热器412,使该底座部分的温度达到230℃。在底座部分温度变得稳定的同时,操作阀481,471,470,482,472,483,473,484和474以便将H2气,SiH4/H2气,B2H6/H2气和CH4气通过供气管469供入该淀积室419。在此利用质量流控制器476,477,478和479控制H2气流速,SiH4/H2气流速,B2H6/H2气流速和CH4气流速,使之分别为80SCCm,3SCCm,15SCCm和0.3SCCm,通过调节导阀(未示出)的开口控制淀积室419的内部压力,使之为1.8乇。
接着,将RF功率源423的功率设置为0.07W/cm2,将RF功率供给等离子体形成杯421,以便使辉光放电发生。这样,开始在i型层上形成RF P型层,形成厚度为10nm的RFP型层,随后关闭RF功率源以便停止辉光放电,完成RFP型层105的形成。
关闭阀472,482,473,483,474,484,471,481和470,以便停止SiH4/H2气,B2H6/H2气,CH4气和H2气流入P型层淀积室419,然后将P型层淀积室419的内部和导气管的内部抽空,使之压力为1×10-5乇。
(10)打开门阀409将底座部分送入卸料室405,该室405曾用一个真空排气泵(未示出)抽空,打开一个漏阀(leak valve)(未示出)以使气体从卸料室405排出。
(11)在RFP型层上,利用真空淀积以70nm的层厚淀积ITO,作为透明导体层112。
(12)在透明导体层112上放置一个具有梳状开口的掩膜,利用真空淀积淀积该具有平的结构包括Cr(40nm)/Ag(1,000nm)/Cr(40nm)的梳状集电极电极113。
这样,完成了本例的光电器件的制造,这种光电器件在此称作SCE5。
参考例E5-1
该实例与例E5的区别在于ZnO-Ag(99∶1)的中间层199,不是形成在衬底上,并且在形成Ag光反射层101之后,形成ZnO反射增强层102,而没有将衬底温度降低到100℃或以下的步骤。除了这些以外重复例Z5的过程以便制作光电器件。本例的光电器件的样品称作“SCE5-1”。
对于每两种该光电器件的样品,即SCE5和SCE5-1,制备7个样品,对于光电器件的这些样品,以下述方式进行一种弯曲剥离(peel)测试以检查它们的环境抵抗力(resistince)。初始光电转换效率的特性(光电动力/入射光强度),具体地说,以与例A1中相同的方式评价光电转换效率,短路电流和开路电压。得到的结果在表E5中一起示出。该弯曲剥离测试以下述方式进行:将各个光电器件在高温和高湿气氛(温度:82℃,湿度:83%RH)之下放置250小时,之后重复30次弯曲试验。此外,对于这样弯曲的部件,以50cm的高度跌落10公斤重量12次,使用一种扫描电子显微镜(SEM)观察到器件的任何剥离,该显微镜由器立公司制造(型号S-4500;倍数50,000x)。在该弯曲试测的结果中如表E5中所示,字母符号“A”表示根本不出现剥离的情况,“C”表示出现部分剥离的情况。对于表E5所示的初始光电转换效率的特性的评价之结果通过以被当作1的光电器件SCE5的结果为基础,对光电器件SCE5-1的结果进行标准化来表示。
表E5 例 弯曲剥离测试 总 反射率 散射反射率开路电压SCE5 A 1.00 1.00 1.00SCE5-1 C 0.87 0.91 0.96
如表E5所示的结果那样,利用本发明方法所获得的例E5的光电器件SCE5在所有环境抵抗力(resistance)和初始光电转换效率方面都同时优于参考例的光电器件SCE5-1。
例E6
在本例中,图2所示的光电器件是使用与例E4相同的方式而形成的光电器件底座部分(样品),并且使用那种利用图9所示的多室分离系统的装置而制备的。
图9所示的装置400能实现MWPCVD和RFPCVD。使用该装置,可以根据图2所示的层结构,在反射增强层102上形成半导体层(103,151,104,161,105)和其他诸层。
随着其过程,其制备方法将参照图9在下面描述。对于图9所示的设备,通过诸供气管连接一个原料气给进系统(未示出)。所有的原料气筒都以一种超高洁净度被净化。作为原料气筒,一个SiH4气筒,一个CH4气筒,一个GeH4气筒,一个Si2H6气筒,一个PH3/H2(稀释:0.1%)气筒,一个B2H6/H2(稀释0.2%)气筒,一个H2气筒,一个He气筒,一个SiCl2H2气筒和一个SiH4/H2(稀释:1%)气筒连于其上。
(1)包括倒E4中得到的衬底和中间层199,光反射层101和在其上形成的反射增强层102的底座部分490(对应图2中的190)被置于加载室401中设置的底座部分转运室413上,并且利用一个真空泵(未示出)将装载室401的内部抽空使其压力约为1×10-5乇。
(2)将门阀406打开以便将底座部分送入转运室402和曾用一个真空泵(未示出)抽空的淀积室417。底座部分490以下述方式被加热,即使其背部与底座部分加热器410紧密接触。然后,利用一个真空泵(未示出)将淀积室417的内部抽空使其压力约为1×10-5乇。
(3)在以此方式完成膜形成的准备之后,H2气被通过供气管429供入淀积室417。然后,打开阀441,431和430,并利用质量流控制器436控制H2气流速使之为300SCCm。使用一个导阀(未示出)将淀积室417的内压控制为1.3乇。设置其底件加热器410使底座部分温度达到350℃。
(4)在底座部分温度变得稳定时,形成了一个包括μC-Si的RF n型层103。
为了形成包括μC-Si的RFn型层103,操作阀443,433,444和434,将SiH4气和PH3/H2气经供气管429供入淀积室417。在此,利用物料流控制器438,436和439控制SiH4气流速,H2气流速和PH3/H2气流速使之分别为3SCCm,100SCCm和190SCCm,并将淀积室内压控制为1.2乇。
接着,将RF功率源422的功率设置为0.06W/cm2,并将RF功率源供给等离子体形成杯420使辉光放电发生。这样,开始在基底件上形成RFn型层,并形成层厚为20nm的RFn型层,此后关闭RF功率源停止辉光放电完成RFn型层103的形成。停止SiH4气,PH3/H2气和H2气流入淀积室417,然后将淀积室内部和气管内部抽空,使其压力为1×10-5乇。
然后,以下述方式(见图2所示的层结构)连续形成包括a-Si的RFi型层151,包括a-SiGe的MWi型层104,包括a-Si的RFi型层161和包括a-SiC的RFP型层105。
(5)首先,打开门阀407将底座部分送入转运室403和曾用一个真空泵(未示出)抽空的i型层淀积室418。该底座部分以其背部与底座部分加热器411密切接触的方式被加热。然后,用真空泵(未示出)将i型层淀积室418的内部抽空使之压力约为1×10-5乇。
(6)为了形成RFi型层,设置底座部分加热器411,使底座部分温度达到280℃。在基底件被充分加热时,慢慢打开阀464,454,450,463和453,使Si2H6气和H2气经供气管449流入i型层淀积室418。在此,用相应的质量流控制器459和458控制Si2H6气流速和H2气流速使之分别为4SCCm和120SCCm。通过调节导阀(未示出)的开口将i型层淀积室418的内压控制为0.5乇。
接着,将RF功率源424的功率设为0.007W/cm2并将其施加给偏置棒428以使辉光放电发生,并且打开节气门427。这样,开始在RFn型层上在i型层上形成i型层,并且形成层厚为10μm的i形层,之后停止RF辉光放电并停止RF功率源的输出完成RFi型层151的形成。
关闭阀464,454,453和450停止Si2H6气和H2流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418的内部和气管内部抽空使之压力为1×10-5乇。
(7)为了形成MWi型层,设置底座部分加热器411使底座部分温度达到380℃。在底座部分充分加热时,慢慢打开阀461,451,450,462,452,463和453,使SiH4气,GeH4气和H2气经供气管449流入i型层淀积室418。在此,用相应的质量流控制器456,457和458控制SiH4气流速,GeH4气流速和H2气流速,使之分别为47SCCm,45SCCm和190SCCm。通过调节导阀(未示出)的开口控制i型层淀积室418的内压使之为5毫乇。
接着,将RF功率源424的功率设为0.30W/cm2,并将其施加到偏置棒428。此后,将MW功率源(2.45 GHZ)(未示出)的功率设为0.08W/cm2,并将MW功率经波导426和MW引入窗425供入i型层淀积室418,使辉光放电发生,并且打开节气门427。这样,开始在RFi型层上形成MWi型层,并形成一个层厚为0.17μm的i型层,随后停止MW辉光放电并停止偏置功率源424的输出完成MWi型层104的形成。关闭阀451,452和453以停止SiH4气,GeH4气和H2气流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室418内部和气管内部抽空使之压力为1×10-5乇。
(8)为形成RFi型层,设置底座部分加热器411使底座部分温度达到240℃。在底座部分充分加热时,慢慢打开阀464,454,450,463和453,使Si2H6气和H2气经供气管449流入i型层形成室418。在此,利用相应的质量流控制器459和458控制Si2H6气流速和H2气流速使之分别为3.5SCCm和90SCCm。通过调节导阀(未示出)的开口控制i型层淀积室418的内压使之为0.5乇。
接着,将RF功率源424的功率设为0.007W/cm2并将其加给偏置棒428使辉光放电发生,并打开节气门427。这样,开始在MWi型层上形成RFi型层,并形成层厚为20nm的i型层,之后停止RF辉光放电,停止RF功率源424的输出以完成RFi型层161的形成。关闭阀464,454,453和450,停止Si2H6气和H2气流入i型层淀积室418,然后将i型层淀积室内部和气管内部抽空使之压力为1×10-5乇。
(9)为了形成包括a-SiC的RFP型层105,打开门阀418将底座部分送入转运室404和曾用真空泵(未示出)抽空的P型层淀积室419。底座部分以其背部与底座部分加热器412密切接触的方式被加热。然后,用真空泵(未示出)抽空P型层淀积室419的内部使之压力为1×10-5乇。
设置底座部分加热器412使底座部分温度达到230℃。在底座部分温度变得稳定时,操作阀481,471,470,482,472,483,473,484和474,将H2气,SiH4/H2气,B2H6/H2气和CH4气经供气管469供入淀积室419。在此,利用质量流控制器476,477,478和479控制H2气流速,SiH4/H2气流速,B2H6/H3气流速和CH4气流速使之分别为70SCCm,2SCCm,16SCCm和0.2SCCm,并通过调节导阀(未示出)的开口控制淀积室419的内压,使之为1.8乇。
接着,将RF功率源423的功率设为0.07W/cm2,并将RF功率供给等离子体形成杯421使辉光放电发生。这样,开始在i型上形成RF P型层,并形成层厚为10nm的RF P型层,之后关闭,RF功率将停止辉光放电完成RF P型层105的形成。
关闭阀472,482,473,483,474,484,471,481和470,以停止SiH4/H2气,B2H6/H2气,CH4气和H2气流入P型层淀积室419,然后将P型层淀积室419的内部和气管内部抽空使之压力为1×10-5乇。
(10)打开门阀409以将底座部分送入曾用真空泵(未示出)抽空的卸料室405,并打开泄气阀(未示出)使诸气以卸料室405泄出。
(11)在RFP型层105上,用真空淀积以70nm的层厚淀积ITO作为透明导体层112。
(12)在透明导体层112上,放置一个带梳状开口的掩膜,用真空淀积法淀积具有平结构、包括Cr(40nm)/Ag(1,000nm)/Cr(40nm)的梳状收集极(collector)电极113。
这样,完成了本发明的光电器件的制作。这种光电器件在此称作SCE6。
参考例E6-1
该例与例E6的不同点在于,使用了对比例E4-1的底座部分样品,其中不形成ZnO-Ag-Cr(99∶0.5∶0.5)的中间层199,并且在形成Ag的光反射层101后,形成ZnO的反射增强层102而无将衬底温度降为100℃或以下的步骤。除此之外,重复例E6的过程来制备光电器件。本例的光电器件的样品称作“SCE6-1”。
对于每两种光电器件的样品,即SCE6和SCE6-1,准备6个样品。对于这些光电器件样品,以下述方式进行弯曲剥离测试,以观察其环境电阻。初始光电转换效率(光电动力/入射光强度)的特性,具体地说,光电转换效率,短路电流和开路电压被以与例A1相同的方式评价。获得的结果一起示于表E6。
以下述方式进行弯曲剥离测试:将各个光电器件在高温和高湿气氛(温度840℃,湿度85%RH)的环境下放置250小时,然后重复30次弯曲试验。此外,对于这样弯曲的部分,以50cm的高度跌落10千克重量15次,使用日立公司制造的扫描电子显微镜(SEM)(型号:S-4500;倍乘:50,000X)观察器件的任何剥离。
在弯曲剥离测试的结果中,如表E6所示,字母符号“A”表示根本无剥离发生的情况,“C”表示部分发生剥离的情况。表E6所示的对初始光电转换效率特性的评价结果通过以被认作1的光电器件SCE6的结果为基础,对光电器件SCE6-1的结果进行标准化来表示。
表 E6 样品 弯曲剥离测试 总 反射率 散射 反射率 开路 电压 SCE6 A 1.00 1.00 1.00 SCE6-1 C 0.83 0.90 0.91
从表E6所示的结果可以看出,用本发明方法获得的例E6的光电器件5CE6在所有环境耐力和初始光电转换效率特性方面都同时优于参考例中的光电器件5CE 6-1。
例E7
在本例中,构成图4所示光电器件的底座部分290(即包括衬底200和中间层299的诸层,光反射层201和在衬底上形成的反射增强层202的底座部分)采用图6所示的多室分离系统的装置来制备。接着,使用此光电器件底座部分290,采用图9所示的多室分离系统的装置来制备图4所示的光电器件。
形成光电器件底座部分的方法将在下面参照图6进行描述。
对于图6所示的装置,通过诸供气管连接一个原料气给进系统(未示出)。这些原料气筒都用超高洁净方式净化。作为原料气筒,一个H2气筒,一个Ar气筒和一个He气筒连于其上。
ZnO-Ag-Cr-Cu(99.1∶0.3∶0.3∶0.3),Ag和ZnO被用作靶(target)。它们被如此提供使得在真空内可以进行溅射。
作为衬底(图4中的200),使用一块0.5mm厚50×50CM2的不锈钢片,其用丙酮和异丙醇进行超声清洗,接着用热风吹干。作为溅射功率源,连接DC电源325,用DC磁控管溅射在衬底上形成ZnO-Ag-Cr-Cu(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)的中间层299。然后进行后继处理。
形成光电器件底座部分的方法将在下面参照图进行描述。
(1)已被清洗的衬底3390(对应于图4中的200)被置于装载室3301中设置的衬底转运室3313上,用一个真空泵(未示出)将装载室330)的内部抽空使之压力约为1×10-5乇。
(2)打开门阀3306将衬底送入转运室3302和曾用真空泵(未示出)抽空的淀积室3320。衬底3390以其背部与衬底加热器3310紧密接触的方式被放置,并以29℃/秒的速度升高温度的方式被加热,使衬底温度达到250℃。然后用真空泵(未示出)抽空淀积室3320使其压力约为3×10-6乇。
(3)44SCCM的Ar的气经供气管3324被供入其中,并操纵一个导阀(未示出)以控制压力使之为4毫乇。电流流入螺旋管形线圈3323,380V的直流电压从溅射电源3325提供以产生Ar等离子体。
(4)打开靶闸板(Shntter)3326,在不锈钢片的表面形成层厚为0.012μm的ZnO-Ag-Cr-Cu(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)的中间层299(图4),之后关闭靶闸板3326消除等离子体。
(5)抬起衬底加热器3310,在将He用作衬底冷却气的气氛中在以20℃/秒的速度降温的同时将衬底温度降到100℃或以下。此后,打开门阀3307将衬底送入转运室3303和曾用真空泵(未示出)抽空的淀积室3330中。衬底以其背部同衬底加热器3311密切接触的方式被放置,并且在以15℃/秒提升温度的同时被加热,将衬底温度升到290℃。然后用真空泵(未示出)将淀积定3330的内部抽空使之压力约为2×10-6乇。
(6)37SCCm的Ar气经供气管3334供入其中,并操纵一个导阀(未示出)将压力控制成4毫乇。使电流流入螺旋形线圈3333,从溅射电源3335提供380V直流电产生Ar等离子体。接着,打开靶闸板3336,在ZnO-Ag-Cr-Cu(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)的中间层299的表面形成一个层厚为0.7μm的Ag光反射层201(图4),之后,关闭靶闸板3336消除等离子体。
(7)将衬底加热器3311提起,并在将He气用作衬底冷却气的气氛中,在以15℃/秒的速度降温的同时使衬底温度降低到100℃或以下。此后,找开门阀3308将衬底送入转运室3304和曾用真空泵(未示出)抽空的淀积室3340。衬底以其背部与衬底加热器3312密切接触的方式被放置,并在以15℃/秒的速度升温的同时被加热,使衬底温度达到315℃。然后,用真空泵(未示出)抽空淀积室3340的内部使之压力约为3×10-6乇。
(8)40SCCm的Ar气经供气管3344供入,并操作一个导阀(未示出)将压力控制为4毫乇。使电流流入环形线圈3343,从溅射电源3345提供380V的直流电以产生Ar等离子。接着,打开靶闸板3346,在Ag的光反射层101的表面上形成1.5μm厚的ZnO反射增强层202(图4),之后关闭靶闸板3346消除等离子体。
(9)提升衬底加热器3312,并在He气被用作衬底冷却气的气氛中,在以16℃/秒的速度降温的同时将衬底温度降到100℃或以下。此后,打开门阀3309将衬底送入曾用真空泵(未示出)抽空的卸料室3305。
这样,完成了本例的光电器件底座部分(图4的290)的制备。此光电器件底座部分的样品被称为“SE7”。
接着,使用例E7的步骤(1)至(9)形成的光电器件底座部分,使用采用图9所示多室分离系统的装置来制备图4所示的三层型光电器件。
下面,将描述制备光电器件的方法。
(10)包括衬底和中间层299,光反射201和在其上形成的光反射增强层202的底座部分(图9中的490)被置于装载室401中设置的底座部分转运室413上,用真空泵(未示出)将装载室401的内部抽空使之压力约为1×10-5乇。
(11)打开门阀406将底座部分送入转运室402和曾用真空排气泵(未示出)抽空的淀积室417。底座部分490。以其背部与基底加热器410密切接触的方法被加热。然后,用真空泵(未示出)将淀积室418的内部抽空使其压力约为1×10-5乇。
(12)在以这种方式完成膜形成的准备之后,H2气经供气管429供入淀积室417。然后,打开阀441,431和430,用质量流控制器436控制H2气流速使之为500SCCm。用导阀(未示出)控制淀积室417的内部压力使之为1.3乇。设置基础件加热器410将底座部分温度升至350℃。
(13)在底座部分温度变得稳定时,形成一个包括μC-Si的RF n型层203 。
为了形成包括μc-Si的RFn型层203,操作阀443,433,444和434将SiH4气和PH3/H2气入通过供气管429供入淀积室417。在此用质量流控制器438,436和439控制SiH4气流速,H2气流速和PH3/H2气流速,使之分别为2SCCm,100SCCm和200SCCm,控制淀积室417的内部压力使之为1.3乇。
接着,设置RF功率源422的功率为0.05W/CM2,并将RF功率供经等离子形成杯420,使辉光放电发生。这样,开始在底座部中形成RFn型层,形成一个层厚为20nm的RFn型层,之后关闭RF功率源停止辉光放电,完成RFn型层203的形成。停止SiH4气,PH3/H2气和H2气流入淀积室417,然后抽空淀积室内部和气管内部,使之压力为1×10-5乇。
(14)接着,在例E5的过程之后,连续形成一个包括a-Si的RFi型层251(对应于RFi型层151),一个包括a-SiGe的MWi型层204(对应MWi型层104),一个包括a-Si的RFi型层261(对应于RFi型层161),一个包括a-SiC的RFp型层205(对应于RFP型层105),一个包括μC-Si的RFn型层206(对应于RFn型层103),一个包括a-Si的RFi型层252(对应于RFi型层151),一个包括a-SiGe的MWi型层207(对应于MWi型层104),一个包括a-Si的RFi型层262(对应于RFi型层161),一个包括a-SiC的RFP型层208(对应于RFP型层205),一个包括μC-Si的RFn型层209(对应于RFn型层103),一个包括a-Si的RFi型层210(对应于RFi型层161),一个包括a-SiC的RFP型层211(对应于RFP型层105)。
(15)在RFP型层211上,用真空淀积以70nm的层厚淀积ITO作为透明导电层212。
(16)在透明导电层212上放置一个具有梳状开口的掩膜,用真空淀积法淀积具有平结构包括Cr(40nm)/Ag(1.000nm)/Cr(40nm)的梳状收集极电极213。
这样,完成了本例的光电器件的制备。这种光电器件在此称作SCE7。形成各个半导体层RFn型层,RFi型层,MWi型层和RFP型层的条件在表E7中一起示出。
表E7 流速(sccm) 压力(Torr)MW功率(W/cm2)RF功率(W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 200 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.7 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 40 - - 42 180 - - - 0.011 0.12 0.31 370 110 RFi型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.65 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 4.0 - - 100 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 34 - - 30 170 - - - 0.010 0.12 0.3 350 100 RFi型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.6 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 2.5 - - 60 - - - 0.8 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
参考例E7-1
该例与例E7的不同点在于,ZnO-Ag-Cr-Cu(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)的中间层199不形成在衬底上,在形成Ag的光反射层201之后形成ZnO的反射增强层202,而没有将衬底温度降到100℃或以下的步骤。除了这些以外,重复例7的过程以便制备光电器件。本例的光电器件样品被称为“SCE7-1”。
对于每两种光电器件样品,即SCE7和SCE7-1,制备7个样品。对于这些光电器件样品,以下述方式进行弯曲剥离测试,则观察其环境耐力。初始光电转换效率的特性(光电动力/入射光强度)(相对于光电转换效率和短路电流)以与例A1相同的方式进行评价。光退化特性也以下述方式评价。获得的结果一并在表E8中示出。
以下述方式进行弯曲剥离测试:在高温和高湿气氛(温度84℃湿度85%RH)的环境中将各个光电器件放置280小时,之后重复进行30次弯曲试验。此外,对于这样被弯曲的部分,以50cm的高度跌落100kg的重量14次,使用日立公司制造的扫描电子显微镜(SEM)型号s-4500,倍乘50,000x)观察器件中的任何剥离。
为了检查光退化特性,在温度为50℃的光电器件受到100mW/cm2的日光(Sun)照射1150小时之后评价光电转换效率。
在弯曲剥离测试的结果中,如表E8所示,字母符号“A”表示根本没有出现剥离的情况,“C”表示部分出现剥离的情况。对初始光电转换效率和光损失(deterioration)特性评价的结果(也见表E8)通过以被认作1的光电器件SCEr的结果为基础对光电器件SCE7-1的结果进行标准化来表示:
表8 样品弯曲剥离测试 总反射率 漫反射率光退化特性 SCE7 A 1.00 1.00 1.00 SCE7-1 C 0.83 0.90 0.92
如同表E8所示的结果看到的那样,利用本发明的方法得到的例E7的光电器件SCE7在所有环境耐力,初始光电转换效率特性和光退化特性方面都同时优于参考例的光电器件SCE7-1
例E8在本例中,图4所示的三(triple)型光电器件使用采用图8和图10所示的滚对滚(roll-to-roll)系统的制造装置来制备。
作为衬底,使用一个300m长,30cm宽和0.2mm厚的带状不锈钢片。
下面参照图8描述形成光电器件底座部分的方法。
图8所示的用于连续形成光电器件底座部分的装置连续地带有衬底供出使3610,多个淀积室3611-3614和衬底卷起(wind-up)室3684,它们通过它们之间的分离通道3615,3616,3617,3618和3619被连接起来。每一个淀积室有一个排气孔,通过该孔其内部可被抽气。
该带状衬底3621在它从衬底供出室被送出以后经过这些淀积室和分离通道被传送,然后在衬底卷绕室中被卷起。此时,该装置如此设计使得诸气体能够经其气体入口供入各自的淀积室和分离通道,诸气体可经各自的排出孔被吸出,形成各自的层。
ZnO-Ag-Fe-Ni(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)的中间层在淀积室3612中形成,Ag反射层在淀积室3613中形成,ZnO的反射增强层在淀积室3614中形成。这些淀积室分别在其侧面设有卤灯(halogen lamp)加热器3640,3641,3642和3643用于在其背面加热衬底,并且衬底被提高温度即被加热到每个淀积室中规定的温度。这些分离通道3617,3618和3619也有降低温度的功能使得衬底温度在半导体导体层分别在淀积室中形成之后以给定速率降低。特别地,在本例中在光反射层在淀积室3613中形成之后将衬底温度在分离通道3618降到100℃或以下。
在淀积室3612中,实现直流磁控管溅射,在其中Ar气通过进气孔3632被供入该室并且ZnO-Ag-Fe-Ni(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)被用作靶3650。
在淀积室3613中,实现直流磁控管溅射,在其中Ar气经入气口3634供入该室并且Ag被用作靶3660。在淀积室3614中,实现直流磁控管溅射或RF磁控管溅射,在其中Ar气经过入气口3636供入该室并且ZnO被用作靶3670。
在表E9中所示的条件下,在带衬底上形成光电器件底座部分之后,衬底(被形成为底座部分)在衬底卷绕室3684中被卷起。
下面参照图10描述光电器件的制备方法。
具有图4所示层结构的三层型光电器件在表10下面所示的条件之下被制备,使用的设备采用了图10中所示的滚对滚于系统。
包括以上述方式获得的光电器件底座部分的带底座部分设置在装载室5010中,以便引入该带底座部分。该带底座部分通过所有的淀积室和所有的气门并被连接到卸料室5150中的带底座部分卷起夹具。利用排气系统(未示出)将各淀积室抽空到10-3乇。所需的各种原料气从淀积膜形成混合系统5024,5034,5044,5054,5064,5074,5084,5094,5104,5114,5124,5134和5144中供给各淀积室。对于气门5201,5202,5203,5204,5205,5206,5207,5208,5209,5210,5211,5212,5213和5214,气体从各自的气门气给进系统供入。利用每个淀积系统中的底座部分加热器加热底座部分,并且通过调节各排气系统的排气阀的开口来控制真空度。在底座部分温度和真空度变得稳定之后,开始转运该带底座部分,并将用于产生等离子体的RF功率或MW(频率2.45GHz)功率供给每个淀积室。以此方式,形成该具有图4所示的三个pin结构的三层型光电器件,这些结构被重叠地形成在带底座部分290之上。
接着,在RFP型层211上,利用真空淀积以70nm的层厚淀积ITO作为透明导电层212。
接着,在透明导电层212上,旋转一个带有梳状开口的掩膜,并且用真空淀积法淀积具有平结构包括Cr(40nm)/Ag(1.000nm)/Cr(40nm)的梳状收集极电极213。
这样,完成了本例的光电器件的制作。该光电器件在此称作SCE8。本例中形成光电器件底座部分的条件示于表9中。表示中示出形成各半导体层RFn型层,RFi型层,MWi型层和RFp型层的条件。
表E9 光电器件底座部分形成条件(例E8,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Ag-Fe-Ni (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) 光反射层 Ag 反射增强层 ZnO温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm)压力:(毫乇)靶种类:溅射类型:溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/sec.) 20 250 38 3 ZnO-Ag-Fe-Ni (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) DC 380 0.01 He 10 15 280 30 3 Ag DC 380 0.62 H2 10 15 300 35 4 ZnO DC 385 1.0 He 15
表E10 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率(W/cm2)RF功率(W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 68 - - 70 300 - - - 0.005 0.08 0.28 380 100 RFi型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 53 - - 50 300 - - - 0.005 0.06 0.28 360 98 RFi型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.5 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 100 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
参考例E8-1
该例与例E8不同之处在于:使用其上未形成由ZnO-Ag-Fe-Ni(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)构成的中间层299的衬底,以及在由Ag构成的光反射层201形成之后在没有把衬底温度降低到100℃或更低的步骤的情况下形成由Zn构成的反射增强层202。除了这些不同之外,重复例E8的步骤,以制备图4所示的光电器件。这一例子中的光电器件的样品称为“SCE8-1”。
对SCE8和SCE8-1这两种样品中的每一种都制备了7个样品。用下面所述的方式对光电器件的这些样品进行弯曲剥离测试,以检查它们的环境抵抗力。用与例A1相同的方式评价初始光电转换效率的特性(光电动势/入射光强度)(就光电转换效率和短路电流而言)。光退化特性也是用下面所述的方式评价的。其结果一起都示于表E11。
弯曲剥离测试是用下列方法进行:把各个光电器件放在一个高温、高湿的大气环境中(温度:85℃,湿度:85%RH)经过380小时,然后重复进行30次挠曲试验。此外,从50cm的交处将一个10千克的重量抛落到经过如此挠曲的部分达14次,并用由日立株式会社制造的扫描电子显微镜(型号:S-4500),放大倍数:50,000×)观察该器件上有无任何剥离。
为了检查光退化特性,在对这些温度为52℃的光电器件用100mW/cm2的太阳灯照射1350小时,之后评价其光电转换效率。
弯曲剥离测试结果示于表E11,它母符号“A”表示完全未发生剥离的情况,而“C”表示部分发生剥离的情况。对初始光电转换效率的特性及光退化特性的评价结果也示于表E11,它们是通过在以光电器件SCE8的均作为1的基础上进行标准化来表示的。
表E11 样品 弯曲剥离测试总反射率 散射的反射率光退化特性 SCE8 A 1.00 1.00 1.00 SCE8-1 C 0.82 0.90 0.91
如从表E11所示结果可以看到的,用本发明的工艺在例E8中得到的光电器件SCE8在环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性诸方面都优于参考例的光电器件SCE8-1 。
例E9
在本例中,在形成中间层、光反射层和反射增强层时将温度上升速率在2℃/秒到150℃/秒的范围内改变,其目的是要检查温度上升速率对光电器件中初始光电转换特性等等的影响。使用ZnO-Cu-Fe-Cr(99.1∶0.3∶0.3)作为用于形成中间层的靶。
用和例E8同样的方法制造结构如图4所示的三层型光电器件,只是光电器件的底座部分是在表E12所示的条件下而半导体层是在表E13所示的条件下,分别用图8所示的连续形成光电器件底座部分的装置和图10所示的连续形成光电器件半导体层的装置形成的。具体地说,8个样品是以不同的温度上升速率条件制备的。
对于如此获得的光电器件的样品,用与例E8中相同的方法评价其环境抵抗力,初始光电转换效率特性和光退化特性,得到了如表E14所示的结果。
表E14所示的对弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性的评价结果4是通过对该例中制得的光电器件获得的结果在以下述条件下得到的样品的测试结果的基础上进行标准化而表示的,用作标准化样品是在温度以2℃/秒的速率上升的情况下得到的。在该表中,“C”表示大于等于1.0到小于1.4;“B”表示大于等于1.4到小于1.8;而“A”表示大于等于1.8 。
从表E14所示结果可见,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力、光电转换效率、短路电流和光退化特性,形成光电器件底座部分时的温度上升速率最好在10℃/秒至100℃/秒的范围内。
表E12 光电器件底座部分形成条件(例E9,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Cu-Fe-Cr 光反射层 反射增强层 (99.1∶0.3∶ Ag ZnO 0.3∶0.3)温度上升速率:(℃/sec.) 2-150 2-150 2-150衬底温度:(℃) 255 290 310Ar气流速:(SCCm) 38 40 35压力:(毫乇) 4 3 4 ZnO-Cu-Fe-Ni靶种类: (99.1∶0.3∶ Ag ZnO 0.3∶0.3)溅射类型: DC DC DC溅射电压:(v) 375 390 385层厚:(μm) 0.015 0.45 1.0衬底冷却气体: He He He温度下降速率:(℃/sec.) 10 10 15
表E13 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率(W/cm2)RF功率(W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.7 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 68 - - 71 320 - - - 0.008 0.11 0.31 370 100 RFi型层(261) - 4.0 - - 100 - - - 0.65 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 40 290 - - 1.1 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 55 - - 50 310 - - - 0.008 0.10 0.3 350 98 RFi型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 150 - - - 0.5 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表E14温度上升速率(℃/sec.) 2 8 10 40 70 100 120 150 环境抵抗力 弯曲剥离测试 光电转换效率 短路电流 光退化后的光电转换效率 B B C B A A B A A A A A A A A A A A A A A A A A B B A A C C C C
例 E10
在本例中,形成中间层、光反射层和反射增强层后的温度下降速率在0.2℃/秒至90℃/秒的范围内改变,以检查此温度下降速率如何影响是电器件中的初始光电转换特性等等。使用ZnO-Cu-Fe-Ni(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)作为用于形成中间层的靶。
在本例中,用和例8同样的方法制造结构如图4所示的三层型光电器件,只是光电器件的底座部分是在表E15所示的条件下用图8所示的连续形成光电器件底座部分的装置形成,而半导体层是在表E16所示的条件下用图10所示的连续形成光电器件半导体层的装置形成的。特别应指出,8个样品是以不同的温度上升速率条件制备的。
对于如此获得的光电器件的样品,用与例E8中相同的方法评价其环境抵抗力,初始光电转换效率特性和光退化特性,从而得到了表E17所示的结果。
如表E17所示的对于弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性的评价结果是通过根据在以温度0.2℃/秒的速率降低时得到的样品的测试结果对该例中制得的光电器件所得结果来进行标准化来表示的。在此表中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8;以及“A”表示大于等于1.8。
正如从表E17所示结果可以看到的,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力、光电转换效率、短路电流和光退化特性),形成光电器件底座部分时的温度下降速率最好在1℃/秒至5℃/秒的范围内。
表E15 光电器件底座部分形成条件(例E10,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Cu-Fe-Ni (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) 光反射层 Ag 反射增强层 ZnO温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm)压力:(毫乇)靶种类:溅射类型:溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/Sec.) 38 280 38 3 ZnO-Cu-Fe-Ni (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) DC 379 0.02 He 0.2-90 15 290 40 3 Ag DC 380 0.7 H2 0.2-90 15 320 50 4 ZnO DC 390 1.8 He 0.2-90
例E11
在本例中,使中间层的厚度在0.0002μm至0.2μm的范围内改变,以检查其对所获得的光电器件中初始光电转换特性等等的影响。用ZnO-Ag-Fe-Ni((99.1∶0.3∶0.3∶0.3)作为用于形成中间层的靶。
表E16 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率(W/cm2)RF功率(W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 68 - - 71 350 - - - 0.010 0.11 0.32 370 100 RFi型层(261) - 4.0 - - 105 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 65 - - 60 330 - - - 0.013 0.11 0.3 350 98 RFi型层(262) - 3.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 9.0 - - 300 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RF.p型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表E17温度上升速率(℃/sec.)0.2 0.8 1 10 30 50 70 90 环境抵抗力 弯曲剥离测试 光电转换效率 短路电流 光退化后的光电转换效率 B C C B A A B A A A A A A A A A A A A A A A A A A B A B B C B B
在该例中,用与例E8相同的方法制得具有图4所示结构的三层型光电器件,只是光电器件底座部分是在表E18所示条件下用图8所示的连续形成光电器件底座部分的装置形成的,而半导体层是在表E19所示的条件下用图10所示的连续形成光电器件或导体层的装置形成的。具体地说,制备了具有不同层厚的8个样品。
对于如此获得的光电器件,用与例E8相同的方法评价了其环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性,从而获得了表E20所示的结果。
表E20所示的对于弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性是通过以中间层厚为0.0002μm时得到的样品的测试结果为基础对本例中制得的光电器件获得的结果进行标准化来表示的。在表E20中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8,而“A”表示大于等于1.8 。
正如从表E20所示的结果可以看到的,在形成光电器件底座部分时其中间层的层厚,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力)、光电转换效率、短路电流和光退化特性,最好在0.001μm至0.1μm的范围内。
表E18 光电器件底座部分形成条件(例E11,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Ag-Fe-Ni (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) 光反射层 Ag 反射增强层 ZnO温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar流速:(SCCm)压力:(毫乇)靶种类:溅射类型:溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/sec.) 38 290 38 4 ZnO-Ag-Fe-Ni (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) DC 385 0.0002-0.2 He 30 15 290 40 3 Ag DC 380 0.6 H2 50 15 320 50 4 ZnO DC 390 1.8 He 50
表E19 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率(W/cm2)RF功率(W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 78 - - 81 380 - - - 0.010 0.11 0.32 370 100 RFi型层(261) - 4.0 - - 105 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 65 - - 60 380 - - - 0.010 0.10 0.3 350 98 RFi型层(262) - 4.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 320 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表E20中间层ZnO-Ag-Fe-Ni(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)层厚(μm) 0.0002 0.0007 0.001 0.01 0.07 0.1 0.15 0.2 环境抵抗力 弯曲剥离测试 光电转换效率 短路电流 光退化后的光电转换效率 B B B B B A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A B A B C B B
例 E12
在本例中,使中间层的层厚在0.0002μm至0.2μm的范围内改变,以检查其如何影响所得的光电器件中初始光电转换特性等性能。ZnO-Ag-Cr-Cu((99.1∶0.3∶0.3∶0.3)被用来作为用于形成中间层的靶。
在此例中,用与例E8相同的方法制得具有图4所示结构的三层型光电器件,只是光电器件的底座部分是在表E21所示条件下用图8所示的连续形成光电器件底座部分的装置形成的,而半导体层是在表E22所示的条件下用图10所示的连续形成光电器件半导体层的装置形成的。具体地说,制备出8个具有不同层厚的样品。
对于如此得到的光电器件的样品,用与例E8相同的方法评价了其环境抵抗力、初始光电转换效率特性及光退化特性,以获得了表E23所示的结果。
表E23所示的对弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性的评价结果是通过以对中间层厚为0.0002μm时得到的样品的测试结果为基础对本例中制得的光电器件获得的结果进行标准化而表示的。在此表中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8,而“A”表示大于等于1.8。
正如从表E23所示的结果可以看到的,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力)、光电转换效率、短路电流和光退化特性,在形成光电器件底座部分时其中间层的层厚,最好在0.001μm至0.1μm的范围内。
表E21 光电器件底座部分形成条件(例E12,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Ag-Cr-Cu (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) 光反射层 Ag 反射增强层 ZnO温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm)压力:(毫乇)靶种类:溅射类型∶溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/sec.) 38 280 39 3 ZnO-Ag-Cr-Cu (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) DC 380 0.0002-0.2 He 30 15 290 40 3 Ag DC 380 0.6 H2 50 15 320 50 4 ZnO DC 390 1.8 He 50
表E22 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率(W/cm2)RF功率(W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 78 - - 79 400 - - - 0.011 0.11 0.32 370 100 RFi型层(261) - 4.0 - - 105 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 65 - - 58 400 - - - 0.010 0.11 0.3 350 98 RFi型层(262) - 4.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 420 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表E23中间层ZnO-Ag-Cr-Cu(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)层厚(μm) 0.0002 0.0007 0.001 0.01 0.07 0.1 0.15 0.2环境抵抗力弯曲剥离测试光电转换效率短路电流光退化后的光电转换效率 B B B B B A B A A A A A A A A A A A A A A A A A A A B A B C B B
例E13
在本例中,使用ZnO-Ag作为用于形成中间层的靶,Ag的浓度在0.0001%至0.1%的范围内改变,以检查其如何影响所得的光电器件中初始光电转换特性等性能。
在这个例中,用与例E8相同的方法制得具有图4所示结构的三层型光电器件,只是该光电器件的底座部分是在表E24所示条件下用图8所示的连续形成光电器件底座部分的装置形成的,而半导体层是在表E25所示的条件下用图10所示的连续形成光电器件半导体层的装置形成的。具体地说,以上述用于形成中间层的靶制备出8个具有不同Ag浓度的样品。
对于如此获得的光电器件,用与例E8所用相同的方法评价环境抵抗力、初始光电转换效率特性及光退化特性,获得了表E26所示的结果。
表E26所示的对弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性的评价结果是通过以对在用于形成中间层的靶中的ZnO所含的Ag浓度为0.0001%时得到的样品的测试结果为基础对本例中制得的光电器件获得的结果进行标准化来表示的。在此表中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8,以及“A”表示大于等于1.8 。
正如从表E26中所示的结果可以看到的,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力)、光电转换效率、短路电流和光退化特性,形成光电器件底座部分时在用于形成中间层的靶中ZnO所含的Ag浓度最好在0.001%至1%的范围内。
表E24 光电器件底座部分形成条件(例E13,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Ag光反射层 Ag反射增强层 ZnO温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm)压力:(毫乇)靶种类:(金属浓度:%)溅射类型:溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/sec.) 38 270 45 4 ZnO-Ag (0.0001-10) DC 375 0.01 He 30 15 290 40 3 Ag DC 380 0.6 H2 50 15 320 50 4 ZnO DC 390 1.8 He 50
表E25 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率(W/cm2)RF功率(W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 4.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 68 - - 69 350 - - - 0.011 0.11 0.32 370 100 RFi型层(261) - 4.0 - - 105 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 4.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 63 - - 59 350 - - - 0.010 0.11 0.3 350 98 RFi型层(262) - 4.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 200 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表E26中间层:ZnO-Ag(总浓度:%)0.0001 0.0007 0.001 0.01 0.1 1 2 10环境抵抗力弯曲剥离测试光电转换效率短路电流光退化后的光电转换效率 A B B A A A B A A A A A A A A A A A A A A A A A A A B A B C B B
例E14
在本例中,用ZnO-Fe作为用于形成中间层的靶,使Fe的浓度在0.0001%至0.1%的范围内改变,以检查其如何影响所得的光电器件中初始光电转换特性等性能。
在本例中,用与例E8相同的方法制得具有图4所示结构的三层型光电器件,只是光电器件的底座部分是在表E27所示条件下用图8所示的连续形成光电器件底座部分的装置形成的,而半导体层是在表E28所示的条件下用图10所示的连续形成光电器件半导体层的装置形成的。具体地说,用不同浓度的形成中间层的靶制备了8个具有不同Fe浓度的样品。
对于如此获得的光电器件的样品,以与例E8所用相同的方法评价环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性,所得结果示于表E29 。
示于表E29中的对弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性的评价结果是通过以对形成中间层所用的靶中的ZnO所含的Fe浓度为0.0001%时所得样品的测试结果来对在本例中制得的光电器件所得的结果进行标准化来表示的。在此表中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8,以及“A”表示大于等于1.8。
正如从表E29中所示的结果可以看到的,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力)、光电转换效率、短路电流和光退化特性,形成光电器件底座部分时形成中间层所用的靶中ZnO所含的Fe浓度最好在0.001%至1%的范围内。
表E27 光电器件底座部分形成条件(例E14,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Fe光反射层 Ag反射增强层 ZnO温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm)压力:(毫乇)靶种类:(金属浓度:%)溅射类型:溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/sec.) 38 260 40 3 ZnO-Fe (0.0001-10) DC 370 0.012 He 35 15 290 40 3 Ag DC 380 0.6 H2 50 15 320 50 4 ZnO DC 390 1.5 He 50
表E28 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率(W/cm2)RF功率(W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 7.0 - - 180 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 78 - - 78 420 - - - 0.011 0.11 0.32 370 100 RFi型层(261) - 7.0 - - 185 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 7.0 - - 190 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 62 - - 57 380 - - - 0.010 0.11 0.3 350 98 RFi型层(262) - 7.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 320 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表E29中间层:ZnO-Fe(总浓度:%) 0.0001 0.0007 0.001 0.01 0.1 1 2 10环境抵抗力弯曲剥离测试光电转换效率短路电流光退化后的光电转换效率 A A B A A A B A A A A A A A A A A A A A A A A A A A B A B C B B
例E15
在本例中,用ZnO-Ni作为用于形成中间层的靶,使Ni的浓度在0.0001%至10%的范围内改变,以检查它对所得光电器件中初始光电转换特性的影响。
在该例中,用与例E8相同的方法制得具有图4所示结构的三层型光电器件,只是该光电器件的底座部分是在表E30所示的条件下用图8所示的连续形成光电器件底座部分的装置形成的,而半导体层是在表E28所示的条件下用图10所示的连续形成光电器件半导体层的装置形成的。具体地说,以形成中间层的靶中的不同浓度制备了8个具有不同Ni浓度的样品。
对于如此得到的光电器件的样品,用与例E8相同的方法评价其环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性,得到了如表E32所示的结果。
表E32所示的对弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性是通过以对当用于形成中间层的靶中的ZnO所含的Ni浓度为0.0001%时所得样品的测试结果为基础而对本例中所制得的光电器件所测得的结果进行标准化来表示的。表中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8,以及“A”表示大于等于1.8。
如从表E32所示结果可以看到的,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力)、光电转换效率、短路电流和光退化特性,在形成光电器件底座部分时形成中间层所用的靶中ZnO所含的Ni浓度最好在0.001%至1%的范围内。
表E30 光电器件底座部分形成条件(例E15,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Ni光反射层 Ni反射增强层 ZnO温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm)压力:(毫乇)靶种类:(金属浓度:%)溅射类型:溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/sec.) 38 250 35 3 ZnO-Ni (0.0001-10) DC 375 0.011 He 35 15 290 40 3 Ag DC 380 0.7 H2 50 15 320 50 4 ZnO DC 390 1.2 He 50
表E31 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率(W/cm2)RF功率(W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (mm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 7.0 - - 180 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 66 - - 68 320 - - - 0.011 0.11 0.32 370 100 RFi型层(261) - 7.0 - - 180 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 7.0 - - 190 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 52 - - 47 320 - - - 0.010 0.11 0.3 350 98 RFi型层(262) - 7.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 200 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表E32中间层:ZnO-Fe(总浓度:%) 0.0001 0.0007 0.001 0.01 0.1 1 2 10环境抵抗力弯曲剥离测试光电转换效率短路电流光退化后的光电转换效率 A A B A A A B A A A A A A A A A A A A A A A A A B A B A B C B B
例E16
在本例中,用ZnO-Cr作为用于形成中间层的靶,使Cr的浓度在0.0001%至10%的范围内改变,以检查它对所得光电器件中初始光电转换特性的影响。
在该例中,用与例E8相同的方法制得具有图4所示结构的三层型光电器件,只是该光电器件的底座部分是在表E33所示的条件下用图8所示的连续形成光电器件底座部分的装置形成的,而半导体层是在表E34所示的条件下用图10所示的连续形成光电器件半导体层的装置形成的。具体地说,以形成中间层的不同浓度的靶制备了8个具有不同Cr浓度的样品。
对于如此得到的光电器件的样品,用与例E8相同的方法评价其环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性,得到了如表E35所示的结果。
表E35所示的对弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性是通过以对用于中间层的靶中的ZnO所含的Cr浓度为0.0001%时所得样品的测试结果为基础而对本例中所制得的光电器件所测得的结果进行标准化来表示的。表中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8,以及“A”表示大于等于1.8 。
如从表E35中所示结果可以看到的,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力)、光电转换效率、短路电流和光退化特性,在形成光电器件底座部分时形成中间层所用的靶中ZnO所含的Cr浓度最好在0.001%至1%的范围内。
表E33 光电器件底座部分形成条件(例E16,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Cr 光反射层 Ag反射增强层 ZnO温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm)压力:(毫乇)靶种类:(金属浓度:%)溅射类型:溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/sec.) 40 230 35 3 ZnO-Cr (0.0001-10) DC 370 0.010 He 40 15 290 35 3 Ag DC 380 0.7 H2 50 15 320 50 4 ZnO DC 390 1.1 He 40
表E34 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率 (W/cm2)RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 7.0 - - 180 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 65 - - 68 330 - - - 0.010 0.11 0.32 370 100 RFi型层(261) - 7.0 - - 180 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 7.0 - - 190 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 52 - - 45 350 - - - 0.010 0.11 0.3 350 98 RFi型层(262) - 7.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 200 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表E35中间层:ZnO-Cr(总浓度:%) 0.0001 0.0007 0.001 0.01 0.1 1 2 10环境抵抗力弯曲剥离测试光电转换效率短路电流光退化后的光电转换效率 A A B A A A B A A A A A A A A A A A A A A A A A B A B A B C B B
例E17
在本例中,用ZnO-Cu作为用于形成中间层的靶,使Cu的浓度在0.0001%至10%的范围内改变,以检查它对所得光电器件中初始是光电转换特性的影响。
在该例中,用与例E8相同的方法制得具有图4所示结构的三层型光电器件,只是该光电器件的底座部分是在表E36所示的条件下用图8所示的连续形成光电器件底座部分的装置形成的,而半导体层是在表E37所示的条件下用图10所示的连续形成光电器件半导体层的装置形成的。具体地说,以形成中间层的不同浓度的靶制备了8个具有不同Cu浓度的样品。
对于如此得到的光电器件的样品,用与例E8相同的方法评价其环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性,得到了如表E38所示的结果。
表E38所示的对弯曲剥离测试、光电转换效率、短路电流和光退化特性是通过以对用于中间层的靶中ZnO所含的Cu浓度为0.0001%时所得样品的测试结果为基础而对本例中所制得的光电器件所测得的结果进行标准化来表示的。表中,“C”表示大于等于1.0至小于1.4;“B”表示大于等于1.4至小于1.8,“A”表示大于等于1.8。
如从表E38中所示结果可以看到的,考虑到弯曲剥离测试(环境抵抗力)、光电转换效率、短路电流和光退化特性,在形成光电器件底座部分对形成中间层所用的靶中ZnO所含的Cu浓度最好在0.001%至1%的范围内。
表E36 光电器件底座部分形成条件(例E16,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Cu光反射层 Ni反射增强层 ZnO温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm)压力:(毫乇)靶种类:(金属浓度:%)溅射类型:溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/sec.) 35 260 40 4 ZnO-Cu (0.0001-10) DC 375 0.010 He 40 15 290 35 3 Ag DC 380 0.7 H2 50 15 320 35 4 ZnO DC 390 1.1 He 40
表E37 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率 (W/cm2)RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 7.0 - - 180 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 75 - - 78 300 - - - 0.010 0.11 0.32 370 100 RFi型层(261) - 7.0 - - 180 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 7.0 - - 190 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 62 - - 65 300 - - - 0.010 0.10 0.3 350 98 RFi型层(262) - 7.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 200 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
表E38中间层:ZnO-Cu(总浓度:%) 0.0001 0.0007 0.001 0.01 0.1 1 2 10环境抵抗力弯曲剥离测试光电转换效率短路电流光退化后的光电转换效率 A A B A A A B A A A A A A A A A A A A A A A A A B A B A B B C B
例E18
本例与例E8的不同之处在于:用ZnO-Cu(99.6∶0.4)作为制造光电器件底座部分时形成反射增强层的靶,用ZnO-Ag-Fe-Ni(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)作为形成中间层的靶,而用Ag作为形成光反射层的靶。除了这些点之外,利用这个光电器件底座部分重复例E8的过程,以制造出一个光电器件,从而检查它的初始光电转换特性等等。
在该例中,象例E8那样也利用图8和图10所示的使用一双卷盘系统的装置制造如图4所示的三层型光电器件。
作为衬底,使用的是一300m长、30cm宽、0.2mm厚的带状不锈钢片。
下面将参考图8详细叙述形成该光电器件底座部分的工艺过程。
如图8所示的连续形成该光电器件底座部分的装置依次备有衬底供出室3610、多个淀积室3611-3614,和衬底卷绕室3684,这些室通过它们之间的隔离道3615、3616、3617、3618、3619连接在一起。各个淀积室都有一个排气孔,通过这些孔,可以将这些室内部抽空。
带状衬底3621在从衬底供出室送出后,使其通过那些淀积室和隔离道,在衬底卷绕室中被卷紧。同时,将该装置设计成使气体能通过它们的气体入口提供给各自的淀积室和隔离道、通过各自的排气孔将气体抽出,且能分别形成各自的层。
在淀积室3612形成由ZnO-Ag-Fe-Ni(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)构成的中间层;在淀积室3613中形成由Ag构成的光反射层;在淀积室3614中形成由ZnO-Cu(99.6∶0.4)构成的反射增强层。各淀积室在内部均分别设有卤素灯加热器3640、3641、3642和3643,用于从衬底的背面加热衬底,在各淀积室中把衬底的温度升高或加热到规定的温度。隔离道3617、3618和3619还起到例E8中所述的降低温度的功用。
在淀积室3612中进行DC磁控溅射,其中,Ar气通过气体入口3632进入淀积室,用ZnO-Ag-Fe-Ni(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)作为靶3650 。
在淀积室3613中进行DC磁控溅射,其中Ar气通过气体入气3634进入淀积室,用Ag作为靶3660。在淀积室3614中进行DC磁控溅射或RF磁控溅射,Ar气通过气体入口3636进入淀积室,用ZnO-Cu(99.6∶0.4)作靶3670。
在按表E39所示的条件下于带状衬底上形成光电器件底座部分后,把形成了底座部分的衬底在衬底卷绕室3684中卷紧。
下面将参照图10叙述制造该光电器件的工艺过程。
利用使用了一个如图10所示的双卷盘系统的装置、在表E40所示的条件下制造出具有如图4所示的层构造的三层型光电器件。
把包括用上述方式得到的光电器件底座部分的带状底座部分置于用于引入带状底座部分的装载室5010中。使该带状底座部分通过所有的淀积室和所有的气门,并将其连接卸料室5150中的带状底座部分卷紧夹具上。用一抽真空系统(图中未示出)把各淀积室抽真空到10-3乇或更低。所需的原料气体从淀积膜形成混合系统5024、5034、5044、5054、5064、5074、5084、5094、5104、5114、5124、5134和5144送入各个淀积室。气体从各自的门气给进系统给进到气门5201、5202、5203、5204、5205、5206、5207、5208、5209、5210、5211、5212、5213和5214。在各个淀积系统中借助于底座部分加热器把底座部分加热,而真空度通过调节各排气系统的排气阀的开口来控制。在底座部分的温度和真空都逐渐稳定之后,开始传送带状底座部分,并把用于产生等离子体的FR功率或MW(频率为2.45GHz)功率提供给各个淀积室。用这种方法形成了具有图4所示的三个pin结构的三层型光电器件,它重叠地形成在带状底座部分290(相应于图10中的5401、图8中的3621)上。
接着,在此RFp型层211上,通过真空淀积方法淀积厚度为70nm的ITO,作为透明导电层212。
接下来,在该透明导电层212上放置一个带有一梳状窗口的掩模,并通过真空淀积法淀积具有平面结构、由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)构成的梳状收集极电极213。
这样就完成了本例的光电器件的制造。在此,将这一光电器件称为SCE18。形成本例中的光电器件底座部分的条件示于表E39。形成各个半导体层(RFn型层、RFi型层、MWi型层和RFp型层)的条件示于表E40。
表E39 光电器件底座部分形成条件(例E18,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Ag-Fe-Ni (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) 光反射层 Ag 反射增强层 ZnO-Cu* *(99.6∶0.4)温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm)压力:(毫乇) 靶种类: 溅射类型:溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/sec.) 20 280 35 3 ZnO-Ag-Fe-Ni (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) DC 370 0.01 He 10 15 280 30 3 Ag DC 380 0.62 H2 10 15 300 38 4 ZnO-Cu (99.6∶0.4) DC 385 1.2 He 15
表E40 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率 (W/cm2)RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 7.0 - - 100 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 78 - - 78 400 - - - 0.011 0.11 0.32 370 100 RFi型层(261) - 7.0 - - 105 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 7.0 - - 90 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 65 - - 57 400 - - - 0.010 0.11 0.3 350 98 RFi型层(262) - 7.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 420 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
参考例E18-1
该例与例E18的不同之处在于:在衬底上不形成由ZnO-Ag-Fe-Ni(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)构成的中间层299,以及在形成由Ag构成的光反射层后形成由ZnO-Cu(99.6∶0.4)构成的反射增强层202,而不使用把衬底温度降到100℃或更低的步骤。除了这些点之外,均重复例E18的过程,制得如图4所示的光电器件。该例中的光电器件的样品均称为“SCE18-1”。
对SCE18和SCE18-1这两种光电器件的样品,每种都制备了7个样品。用下面所述的方法对这些光电器件的样品进行弯曲剥离测试,以检查它们环境抵抗力。用与例A1同样的方式评价初始光电转换效率的特性(光电动势/入射光强度)(就光电转换效率和短路电流而言)。光退化特性也是用下面所述的方式评价的。所得结果一起示于表E41中。
弯曲剥离测试是用下列方法进行的:把各个光电器件放在一个高温、高湿的大气环境中(温度:85℃、湿度:85%RH)经过310小时,然后重复进行30次挠曲试验。此外,从50cm的高度处将一个10千克的重量抛落到经过如此挠曲的部分上,达14次,并用日立株式会社制造的扫描电子显微镜(型号:S-4500,放大倍数:50,000×)观察该器件上有无任何剥离。
为了检查光退化特性,在用100mW/cm2的太阳灯照射温度为54℃的光电器件后,评价其光电转换效率。
在示于表E41的弯曲剥离测试的结果中,字母符号“A”表示完全未发生剥离的情况,而“C”表示部分发生剥离的情况。对初始光电转换效率的特性及光退化特性的评价结果也示于表E41,它们是通过在将光电器件SCE18的测试结果均作为1的基础上对光电器件SCE18-1的测试结果进行标准化来表示的。
表E41 样品 弯曲剥离测试总反射率 散射的反射率光退化特性 SCE18 A 1.00 1.00 1.00 SCE18-1 C 0.82 0.90 0.91
正如从表E41所示结果可以看到的,用本发明的工艺在例E18中获得的光电器件SCE18在环境抵抗力、初始光电转换效率特性和光退化特性诸方面都优于参考例的光电器件SCE18-1。
例E19
本例与例E8的不同之处在于:在制造光电器件底座部分时,使用ZnO-Cu-Fe-Cr(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)作为形成中间层的靶,而使用ZnO-Fe-Ni(99.4∶0.3∶0.3)作为形成反射增强的靶。用Ag作为形成光反射层的靶。此这些点之外,用这种光电器件底座部分重复例E8中的过程,从而制得一光电器件,以检查其初始光电转换特性等性能。
在该例中,也象例E8那样使用一具有图8和图10所示的双卷盘系统的装置制得如图4所示的三层型光电器件。
作为衬底,使用的是长300m、宽30cm、厚0.2mm的带状不锈钢带。
下面将结合图8详细描述形成光电器件底座部分的工艺过程。
如图8所示的连续形成光电器件底座部分的装置依次提供有衬底供出室3610、多个淀积室3611-3614,和衬底卷绕室3684,这些室通过它们之间的隔离道3615、36 16、3617、3618和3619连接在一起。各个淀积室都有一个排气孔,通过这些孔可以将这些室内部抽空。
在带状衬底3621在从衬底供出室送出后使其通过这些淀积室和隔离道,同时,将该装置设计成使气体能通过它们的气体入口提供给各自的淀积室和隔离道、通过各自的排气孔将气体抽出,且能分别形成各自的层。
在淀积室3612形成由ZnO-Cu-Fe-Cr(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)构成的中间层;在淀积室3613中形成由Ag构成的光反射层,在淀积室3614中形成由ZnO-Fe-Ni(99.4∶0.3∶0.3)构成的反射增强层。各淀积室内部分别设有卤素灯加热器3640、3641、3642和3643,用于从衬底的背面加热衬底,在各淀积室中把衬底的温度升高或加热到规定的温度。隔离道3617、3618和3619还起到例E8中所述的降低温度的功效。
在淀积室3612中进行DC磁控溅射,其中Ar气通过气体入口3632进入淀积室,用ZnO-Cu-Fe-Cr(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)作为靶3650。
在淀积室3613中进行DC磁控溅射,其中,Ar气通过气体入口3634进入该室,用Ag作为靶3660。在淀积室3614中进行DC磁控溅射或RF磁控溅射,其中Ar气通过气体入口3636进入该室,而用ZnO-Fe-Ni(99.4∶0.3∶0.3)作为靶3670 。
在按表E42所示的条件于带状衬底上形成光电器件之后,把形成了底座部分的衬底在衬底卷绕室3684中卷紧。
下面结合图10描述制造该光电器件的工艺过程。
利用具有如图10所示的双卷盘系统的装置、在表E43所示的条件下制造出具有如图4所示的层构造的三层型光电器件。
把包括由上述方式得到的光电器件底座部分的带状底座部分置于用于引入带状底座部分的装载室5010中。使该带状底座部分通过所有的淀积室和所有的气门,并将其连接到卸料室5150中的带状底座部分卷紧夹具上。用一抽真空系统(图中未示出)把各淀积室抽真空到10-3乇或更低。所需原料气体从淀积膜形成混合系统5024、5034、5044、5054、5064、5074、5084、5094、5104、5114、5124、5134和5144送入到各个淀积室。气体从各自的门阀供气给进系统给进到气门5201、5202、5203、5204、5205、5206、5207、5208、5209、5210、5211、51212、5213和5214。在各个淀积系统中用底座部分加热器把底座部分加热,并通过调节各排气系统的排气阀的开口来控制其真空度。在底座部分的温度和真空度稳定下来之后,开始传送带状底座部分,并把用于产生等离子体的RF功率或MW(频率为2.45GHz)功率提供给各个淀积室。用这种方法形成了具有图4所示的三个Pin结构的三层型光电器件,它重叠地形成在带状底座部分290(相应于图10中的5401、图8中的3621)上。
接着,在此RFp型层211上,通过真空淀积方法淀积出厚度为70nm的ITO,作为透明导电层212。
接下来,在该透明导电层212上放置一个带有一梳状窗口的掩模,并通过真空淀积法淀积具有平面结构、由Cr(40nm)/Ag(1000nm)/Cr(40nm)构成的梳状收集极电极213。
这样,就完成了本例的光电器件的制造。在此,将该光电器件称为SCE19。表E42示出了形成本例中光电器件底座部分的条件。形成各个半导体层(RFn型层、RFi型层、MWi型层和RFp型层)。
表E42 光电器件底座部分形成条件(例E19,使用图8所示装置) 中间层 ZnO-Ag-Fe-Cr (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3 ) 光反射层 Ag 反射增强层 ZnO-Fe-Ni* *(99.4∶0.3∶0.3)温度上升速率:(℃/sec.)衬底温度:(℃)Ar气流速:(SCCm)压力:(毫乇) 靶种类: 溅射类型:溅射电压:(v)层厚:(μm)衬底冷却气体:温度下降速率:(℃/sec.) 20 280 35 3 ZnO-Cu-Fe-Cr (99.1∶0.3∶ 0.3∶0.3) DC 370 0.01 He 10 15 280 30 3 Ag DC 380 0.62 H2 10 13 310 45 4 ZnO-Fe-Ni (99.4∶0.3∶0.3) DC 380 1.2 He 18
表E43 流速(sccm) 压力 (乇)MW功率 (W/cm2)RF功率 (W/cm2)底座部分温度(℃) 层厚 (nm) SiH4 Si2H6 CH4 GeH4 H2 PH3/H2B2H6/H2 SiH4/H2 RFn型层(203) 2.0 - - - 100 220 - - 1.3 - 0.05 350 20 RFi型层(251) - 7.0 - - 180 - - - 0.8 - 0.008 300 10 MWi型层(204) 76 - - 78 420 - - - 0.011 0.11 0.32 370 100 RFi型层(261) - 7.0 - - 180 - - - 0.55 - 0.008 300 23 RFp型层(205) - - 0.1 - 80 - 9 2 1.8 - 0.07 300 10 RFn型层(206) 1.1 - - - 30 290 - - 1.2 - 0.04 300 10 RFi型层(252) - 7.0 - - 190 - - - 0.75 - 0.008 300 10 MWi型层(207) 62 - - 57 380 - - - 0.010 0.11 0.3 350 98 RFi型层(262) - 7.5 - - 90 - - - 0.7 - 0.008 280 23 RFp型层(208) - - 0.2 - 80 - 9 2 1.7 - 0.07 260 10 RFn型层(209) 0.8 - - - 50 250 - - 1.05 - 0.04 230 10 RFi型层(210) - 7.0 - - 320 - - - 0.7 - 0.007 190 90 RFp型层(211) - - 0.4 - 90 - 8 2 1.6 - 0.07 170 10
参考例E19-1
本例与例E19的不同点在于:在衬底上不形成由ZnO-Cu-Fe-Cr(99.1∶0.3∶0.3∶0.3)的中间层299,以及在形成由Ag构成的光反射层201之后在不经过把衬底温度降低到100℃或更低的步骤的情况下形成由ZnO-Fe-Ni(99.4∶0.3∶0.3)构成的反射增强层202。除了这些点之外,重复例E19中的过程制得如图4所示的光电器件。该例中的光电器件的样品称为“SCE19-1”。
对SCE19和SCE19-1这两种光电器件,每种都制备了7个样品。用下面所述的方法对这些光电器件的样品进行弯曲剥离测试,以检查它们环境抵抗力。用与例A1同样的方式评价初始光电转换效率的特性(光电动势/入射光强度)(就光电转换效率和短路电流而言)。光退化特性也是用下面所述的方式评价的。所得结果一同列于表E44中。
弯曲剥离测试是用下列方法进行的:把各个光电器件放在一个高温、高湿的大气环境中(温度:84℃、湿度:86%RH)经过285小时,然后重复进行30次挠曲试验。此外,从50cm的高度处将一个10千克重的特体抛落到经过如此挠曲的部分上,达19次,并用日立株式会社制造的扫描电子显微镜(SEM)(型号:S-4500,放大倍数:50,000×)观察该器件上有无任何剥离。
为了检查光退化特性,在用100mW/cm2的太阳灯照射温度为52℃的光电器件后,评价其光电转换效率。
在示于表E44的弯曲剥离测试的结果中,字母符号“A”表示完全未发生剥离的情况,而“C”表示部分发生剥离的情况。对初始光电转换效率特性和光退化特性的评价结果也示于表E44,它们是通过在将光电器件SCE19的测试结果均作为1的基础上对光电器件SCE19-1的测试结果进行标准化来表示的。
表E44 样品 弯曲剥离测试总反射率 散射的反射率光退化特性 SCE18 A 1.00 1.00 1.00 SCE18-1 C 0.81 0.90 0.90
正如从表E44所示结果可以看到的,用本发明的工艺在例E19中获得的光电器件SCE19在环境抵抗力、初始光电转换效率的特性和光退化特性诸方面都优于参考例的光电器件SCE19-1。