CN1755949A - 光生伏打装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种在n型单晶硅基板和含有氢的p型非晶硅层之间，设置了含有氢的实质本征非晶硅层的光生伏打装置，在该装置中，在所述p型非晶硅层和所述本征非晶硅层之间，设有氢浓度比所述本征非晶硅层的氢浓度低的捕获层。利用该捕获层抑制氢从本征非晶硅层向p型非晶硅层扩散。

Description

光生伏打装置
本申请参考了被本申请作为基础的日本优先权号JP2004-284569。
技术领域
本发明涉及有异质半导体结的光生伏打装置(光电动势装置)。
背景技术
近年来，作为光生伏打装置，盛行使用单晶硅或多晶硅等的晶体系列半导体的太阳电池的研究及实用化。其中，有通过将非晶硅和晶体系列硅组合起来构成的异质半导体结的太阳电池，能用200℃以下的等离子体CVD法等低温工艺形成它的结，而且，由于能获得较高的变换效率，所以引人注目。在这样的光生伏打元件中，为了提高光电变换效率，有必要既维持较高的短路电流(Isc)及开路电压(Voc)，又提高曲线因子(F.F.)。
因此，开发了在n型单晶硅基板和含有氢的p型非晶硅层之间，插入了含有氢的实质本征非晶硅层(i型非晶硅层)的具有所谓H.I.T.(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)结构的太阳电池。在有H.I.T.结构的太阳电池装置中，进一步降低光生成载流子的再耦合，为了提高光电变换效率，提出了在与p型非晶硅层接触的一侧扩大i型非晶硅层的光学带隙的结构的太阳电池(例如，参照特开2002-76409号公报、美国专利申请编号09/947317)。
在上述的有H.I.T.结构的太阳电池装置中，考虑到导电性和透光性两方面，用氢浓度和硼(B)等p型杂质的掺杂量等的组成最佳化的层，构成位于光入射侧的p型非晶硅层。另外，为了提高界面特性，i型非晶硅层也用氢浓度等的组成最佳化了的层构成。这样，在只将p型非晶硅层、i型非晶硅层分别最佳化了的现有的H.I.T.结构的太阳电池中，i型非晶硅层的氢浓度比p型非晶硅层的高。
可是，有采用等离子体CVD法形成的非晶硅层的各种太阳电池，如果用200℃以上的高温长时间加热，则输出特性下降。因此，非晶硅层形成后的电极形成或层叠工序，尽可能管理得不超过CVD工序的温度。
作为由高温加热引起的特性下降的原因，可以考虑(1)电极材料向含有氢的进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜中的扩散，(2)掺杂剂向含有氢的实质本征非晶体系列半导体薄膜层中的扩散，(3)氢的扩散等。其中(3)在最低温度下就呈现出它的影响。
特别是由于氢从i型非晶硅层向p型非晶硅层的扩散，导致作为掺杂剂的硼(B)的活化率下降，内部电场强度下降，存在太阳电池的输出特性下降的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述的问题，将在采用等离子体CVD法形成了非晶体系列半导体薄膜层以后的加热工序中，抑制太阳电池的输出特性的降低作为课题的发明。
本发明备有：晶体系列半导体基板；设置在该晶体系列半导体基板上的含有氢的实质本征非晶体系列半导体薄膜层；设置在该本征非晶体系列半导体薄膜上的含有氢的进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层；以及设置在上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层和上述本征非晶体系列半导体薄膜层之间，抑制氢从上述本征非晶体系列半导体薄膜层向上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层扩散的氢扩散抑制区域。
如上所述，本发明利用氢扩散抑制区域，能抑制氢从本征非晶体系列半导体薄膜层向上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层扩散。其结果，在非晶体系列半导体薄膜层形成以后的加热工序中，能抑制太阳电池的输出特性的下降。
在上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层和上述本征非晶体系列半导体薄膜层的界面附近，能用氢浓度比上述本征非晶体系列半导体薄膜层的氢浓度高的区域，形成上述氢扩散抑制区域。
如上所述，通过设置氢浓度比上述本征非晶体系列半导体薄膜层高的区域，能构成氢扩散抑制区域。而且，利用氢浓度高的区域，能抑制氢从本征非晶体系列半导体薄膜层向上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层扩散。
另外，在上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层和上述本征非晶体系列半导体薄膜层的界面附近，用氢浓度比上述本征非晶体系列半导体薄膜层的氢浓度高、而且掺杂了与上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层同型的价电子控制用的杂质的区域，能形成上述氢扩散抑制区域。
如上所述，通过设置氢浓度比上述本征非晶体系列半导体薄膜层高、而且掺杂了与上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层同型的价电子控制用的杂质的区域，能构成氢扩散抑制区域。而且，利用上述区域，能抑制氢从本征非晶体系列半导体薄膜层向上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层扩散。
另外，在上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层和上述本征非晶体系列半导体薄膜层的界面附近，能用氢浓度比上述本征非晶体系列半导体薄膜层的氢浓度低的捕获层，形成上述氢扩散抑制区域。
如上所述，通过设置氢浓度比上述本征非晶体系列半导体薄膜层的氢浓度低的捕获层，能构成氢扩散抑制区域。而且，利用上述捕获层，能抑制氢从本征非晶体系列半导体薄膜层向上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层扩散。
上述捕获层能用实质本征非晶体系列半导体薄膜层构成。
上述捕获层也可以掺杂有与上述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层同型的价电子控制用的杂质。
另外，本发明的特征在于备有：n型单晶硅基板；设置在该n型单晶硅基板上的含有氢的实质本征非晶硅层；设置在该本征非晶硅层上的含有氢的p型非晶硅层；以及设置在上述p型非晶硅层和上述本征非晶硅层之间，抑制氢从上述本征非晶硅层向上述p型非晶硅层扩散的氢扩散抑制区域。
如上所述，本发明利用氢扩散抑制区域，能抑制氢从本征非晶硅层向上述p型非晶硅层扩散。其结果，在非晶硅层形成以后的加热工序中，能抑制太阳电池的输出特性的下降。
在上述p型非晶硅层和上述本征非晶硅层的界面附近，能用氢浓度比上述本征非晶硅层的氢浓度高的区域，形成上述氢扩散抑制区域。
如上所述，通过设置氢浓度比上述本征非晶硅层高的区域，能构成氢扩散抑制区域。而且，利用氢浓度高的区域，能抑制氢从本征非晶硅层向上述p型非晶硅层扩散。
另外，在上述p型非晶硅层和上述本征非晶硅层的界面附近，能用氢浓度比上述本征非晶硅层的氢浓度高、而且掺杂了上述p型杂质的区域，形成上述氢扩散抑制区域。
如上所述，通过设置氢浓度比上述本征非晶硅层高、而且掺杂了上述p型杂质的区域，能构成氢扩散抑制区域。而且，利用上述区域，能抑制氢从本征非晶硅层向上述p型非晶硅层扩散。
在上述p型非晶硅半导体薄膜层和上述本征非晶硅层的界面附近，也可以用氢浓度比上述本征非晶硅层的氢浓度低的捕获层，形成上述氢扩散抑制区域。
如上所述，通过设置氢浓度比上述本征非晶硅层的氢浓度低的捕获层，能构成氢扩散抑制区域。而且，利用上述捕获层，能抑制氢从本征非晶硅层向上述p型非晶硅层扩散。
上述捕获层能用实质本征非晶硅层形成。而且，在此情况下，捕获层的膜厚度为1nm以上5nm以下，优选为1nm以上2nm以下。
能用掺杂了p型杂质的非晶硅层构成上述捕获层。而且，在此情况下，捕获层的膜厚度为0.1nm以上而小于3nm，优选为0.3nm以上2nm以下。
附图说明
图1是表示应用本发明H.I.T.结构的光生伏打装置的概略剖面图。
图2是表示现有的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面附近的氢浓度分布的模式图。
图3是表示本发明的第一实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面附近的氢浓度分布的模式图。
图4是表示用SIMS测量了本发明的第一实施方式H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面部分的氢浓度分布的图。
图5是表示本发明的第二实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面附近的氢浓度分布的模式图。
图6是表示用SIMS测量了本发明的第二实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面部分的氢浓度分布的图。
图7是表示本发明的第三实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面附近的氢浓度分布的模式图。
图8是表示用SIMS测量了本发明的第三实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面部分的氢浓度分布的图。
图9是表示本发明的第四实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面附近的氢浓度分布的模式图。
图10是表示用SIMS测量了本发明的第四实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面部分的氢浓度分布的图。
图11是表示本发明的第三实施方式的捕获层的膜厚度和初始特性的关系的特性曲线图。
图12是作为本发明的第三实施方式的变化率，求出热处理后的特性和初始特性的相对输出，用与捕获层的膜厚度的关系表示的特性曲线图。
图13是用与捕获层的膜厚度的关系表示本发明的第三实施方式的热处理后的相对输出的特性曲线图。
图14是表示本发明的第四实施方式的捕获层的膜厚度和初始特性的关系的特性曲线图。
图15是作为本发明的第四实施方式的变化率，求出热处理后的特性和初始特性的相对输出，用与捕获层的膜厚度的关系表示的特性曲线图。
图16是用与捕获层的膜厚度的关系表示本发明的第四实施方式的热处理后的相对输出的特性曲线图。
结合附图，根据本发明的以下详述，本发明的上述及其它目标、特点、特征和优点会更加明了。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。首先，根据图1说明应用本发明的H.I.T.结构的光生伏打装置。图1是表示应用本发明的H.I.T.结构的光生伏打装置的概略剖面图。
该光电变换装置如图1所示，作为晶体系列半导体基板备有电阻率约为1Ω·cm、厚度约为300微米、同时有(100)面的n型单晶硅(C-Si)基板1(以下称n型单晶硅基板1)。在n型单晶硅基板1的表面上，形成高度从数微米至数十微米的将光封闭在里面用的棱锥状凹凸。在该n型单晶硅基板1上，作为含有氢的实质本征非晶半导体薄膜层，用RF等离子体CVD法形成厚度为3nm～250nm的实质本征i型非晶硅(a-Si：H)层2。另外，在i型非晶硅层2上，作为含有氢的进行了价电子控制的非晶半导体薄膜层，形成厚度约为5nm的p型非晶硅层3。
然后，在p型非晶硅层3上，作为厚度约为100nm的氧化物透明导电膜，在本实施方式中，用磁控管溅射法形成氧化铟锡ITO(Indiumethin Oxicide)膜4。用添加了SnO2(氧化锡)的In2O3(铟氧化物)形成该ITO膜4。
在该ITO膜4的上表面的规定区域中，形成由银膏构成的梳状的集电极5。
另外，在n型单晶硅基板1的下表面上，形成厚度约为5nm的实质本征i型非晶硅层6。在i型非晶硅层6上，形成厚度约为20nm的n型非晶硅层7。这样通过在n型单晶硅基板1的下表面上，依次形成i型非晶硅层6及n型非晶硅层7，能形成所谓的BSF(Back SurfaceField：背面场)结构。另外，在n型非晶硅层7上，作为厚度约为100nm的氧化物透明导电膜，在该实施方式中，用磁控管溅射法形成ITO膜8。用添加了SnO2的In2O3形成该ITO膜8。
在该ITO膜8的上表面的规定区域中，形成由银膏构成的梳状的集电极9。
以下说明上述的光生伏打装置的制造例。将清洗过的n型单晶硅基板1导入真空室中，加热到适当的温度(200℃以下)，尽量将附着在基板表面上的水分除去。其次，导入氢气，通过等离子体放电，进行基板表面的清理。
此后，导入硅烷(SiH4)气体及氢气，形成非掺杂的i型非晶硅层2。接着，导入SiH4气体、氢气、以及作为掺杂气体的乙硼烷(B2H6)气体，形成p型非晶硅层3，完成pn结。另外，作为表面电极4，用溅射法形成氧化铟锡层，作为集电极5，用筛网印刷法形成银电极，对该银电极进行烧制，形成集电极5。
另外，在基板1的相反一侧，也可以形成非掺杂的i型非晶硅层6、n型非晶硅层7、以及背面电极层8、9的所谓的BSF结构。这时，关于作成p型层的顺序，既可以从背面侧(n型侧)作成，也可以从表面侧(p侧)作成。
另外，将基板作成p型，在表面侧作成非掺杂的非晶硅层、n型非晶硅层、以及氧化铟锡层、银集电极，在背面侧作成非掺杂的非晶硅层、p型非晶硅层、以及背面电极层，在这样的情况下也能完全同样地处理。表1中示出了作为光生伏打装置的太阳电池作成时的各非晶硅层的形成条件。
[表1]
       处理                         形成条件等
  基板温度(℃) 使用气体   压力(Pa)   功率密度(mW/cm2)
表面侧   氢处理   150～180  H2：100sccm   30～100   3～30
i型a-Si 150～180  H2：0～100sccmSiH4：40sccm 40～120 5～15
p型a-Si 150～180  H2：0～100sccmSiH4：40sccmB2H6(2％)：20sccm 40～120 5～15
  背面侧   氢处理   170  H2：100sccm   50   3～30
  i型a-Si   170  SiH4：40sccm   40   8.33
n型a-Si 170  H2：0～100sccmSiH4：40sccmPH3(1％)：40sccm(PH3/SiH4：1％) 40 8.33
如上所述，在分别将p型非晶硅层3、i型非晶硅层2最佳化了的现有的H.I.T.结构的太阳电池中，i型非晶硅层2的氢浓度比p型非晶硅层3的高。
图2是模式地表示现有的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层3和i型非晶硅层2的界面附近的氢浓度分布的图。i型非晶硅层2的氢浓度比p型非晶硅层3的高，在p型非晶硅层3和i型非晶硅层2的界面附近，从i型非晶硅层(i层)2向p型非晶硅层(p层)3形成负的氢浓度梯度。因此，p型非晶硅层3和i型非晶硅层2的界面，也通过形成后进行的集电极形成用的烧制或模块化时的层叠工序等的高温加热，膜中的氢容易从i型非晶硅层2向p型非晶硅层3扩散。
图3是模式地表示本发明的第一实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面附近的氢浓度分布的图。如该图3所示，在本发明的第一实施方式中，与以往相反，从i型非晶硅层2向p型非晶硅层3按照氢浓度变高的方式而具有正的氢浓度梯度。即，形成氢扩散抑制区域，使p型非晶硅层3的氢浓度比i型非晶硅层2的氢浓度高。这样构成，来防止氢向p型非晶硅层3中扩散。
为了使p型非晶硅层3中的氢浓度比i型非晶硅层2的高，可以用以下的方法形成。
(1)使p型非晶硅层3形成时的基板温度比i型非晶硅层2形成时的低。(2)使p型非晶硅层3形成时的氢稀释量比i型非晶硅层2形成时的高。(3)使p型非晶硅层3形成时的成膜压力比i型非晶硅层2形成时的高。(4)使p型非晶硅层3形成时的RF接通功率比i型非晶硅层2形成时的高。
形成得使p型非晶硅层3形成时的氢稀释量比i型非晶硅层2形成时的高，作成了本发明的第一实施方式。表2中示出了表面侧的p型非晶硅层3和i型非晶硅层2的具体形成条件。背面侧的条件按照表1所示的条件作成。另外，i型非晶硅层2形成的膜的厚度为10nm，p型非晶硅层3形成的膜的厚度为5nm。
[表2]
       处理                         形成条件等
基板温度(℃)   使用气体   压力(Pa)   功率密度(mW/cm2)
表面侧   氢处理   170   H2：100sccm   50   15
i型a-Si 170   H2：100sccmSiH4：40sccm 50 15
p型a-Si 170   H2：400sccmSiH4：40sccmB2H6(2％)：20sccm 50 15
根据表2，使p型非晶硅层形成时的氢稀释量比i型非晶硅层形成时的高，形成了本发明的第一实施方式。图4中示出了准备本发明的第一实施方式和现有装置，利用SISM测量了膜中的氢浓度分布的结果。除了用同一氢稀释量形成以外，用与第一实施方式相同的条件形成了现有装置。图4是表示用SIMS测量了第一实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层3和i型非晶硅层2的界面部分的氢浓度分布的图。
将测量中用的SIMS装置、以及氢(H)和氟(F)的测量条件记载在下面。这样进行测量：将铯正离子(Cs+)照射在试样上，计数撞击出来的氢负离子(H-)、氟负离子(F-)、硅负离子(Si-)的二次离子数，氢浓度定量为[H-]/[Si-]，氟浓度定量为[F-]/[Si-]。但是，硅浓度为5.0×1022/cm3。另外，测量装置使用ULVAC-PHI(Physicalelectronic Incorporation)公司制的ADEPT1010，离子照射能量为1keV。
根据用图4所示的SIMS测量的氢浓度分布，能确认与图2和图3所示的模式图相同的氢浓度分布，在本发明的第一实施方式中，从i型非晶硅层2向p型非晶硅层3具有正的氢浓度梯度，可知p型非晶硅层3的氢浓度比i型非晶硅层2的高。
另外，第一实施方式由于位于光入射侧的窗层的p型非晶硅层3的氢浓度高，所以除了防止氢扩散的效果以外，还有p型非晶硅层3的光吸收损失小，发电电流增加的效果。
其次，参照图5及图6说明本发明的第二实施方式。图5是模式地表示本发明的第二实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面附近的氢浓度分布的图。
如图5所示，第二实施方式变更了p型非晶硅层3的结构。在第一实施方式中，提高了p型非晶硅层3总体的氢浓度，与此不同，在该第二实施方式中，只使p型非晶硅层3靠近i型非晶硅层2的一侧的前半部31的氢浓度高，后半部32恢复到与现有装置同等的氢浓度。
该第二实施方式的结构在前半部的p型非晶硅层31的硼(B)掺杂浓度比较低(＜1.0at.％)、后半部32的硼(B)掺杂浓度比较高(＞2.0at.％)的情况下是有效的。因为该第二实施方式的结构与第一实施方式相同，能防止氢从i型非晶硅层向p型非晶硅层扩散，但发生氢从前半部的p型非晶硅层31向后半部的非晶硅层32扩散。可是，后半部的非晶硅层32由于硼(B)浓度高，所以即使由微量的氢扩散引起的硼(B)的一部分非活化，也使其能对装置特性的影响比较小。
将第二实施方式的形成条件示于表3中。从该表可知，使p型硅层32的B2H6流量与p型硅层31不同而形成膜。使p型非晶硅层32的B2H6流量比p型非晶硅层31的大，另外，提高了p型非晶硅层31的氢稀释量。根据表1所示的条件作成了背面侧的条件。另外，i型非晶硅层2以膜厚度为10nm形成，p型非晶硅层31、32分别以膜厚度为4nm形成。
[表3]
        处理                        形成条件等
 基板温度(℃) 使用气体   压力(Pa)   功率密度(mW/cm2)
  表面侧   氢处理   170   H2：100sccm   50   15
i型a-Si 170   H2：100sccmSiH4：40sccm 50 15
p型a-Si(31) 170   H2：400sccmSiH4：20sccmB2H6：10sccm 50 15
p型a-Si(32) 170   H2：100sccmSiH4：40sccmB2H6(2％)：40sccm 50 15
然后，准备第二实施方式和现有装置，用SIMS测量了膜中的氢浓度分布。将其结果示于图6。图6是表示用SIMS测量了第二实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层31、32和i型非晶硅层2的界面部分的氢浓度分布的图。测量等的条件与第一实施方式相同。
根据图6中的用SIMS测量的氢浓度分布，能确认与图2和图5所示的模式图同样的浓度分布，可知只是p型非晶硅层靠近i型非晶硅层一侧的前半部31的氢浓度高，后半部32具有与现有装置同等的氢浓度梯度。
其次，参照图7及图8说明本发明的第三实施方式。图7是模式地表示本发明的第三实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面附近的氢浓度分布的图。
第三实施方式是在p型非晶硅层3和i型非晶硅层2的界面附近，作为氢扩散抑制区域，设置了厚度为2nm左右的氢浓度低的i型捕获层33的实施方式。在该第三实施方式中，虽然发生氢从i型非晶硅层2向i型捕获层33的扩散，但其影响不会到达p型非晶硅层。
表4中示出了第三实施方式的形成条件。背面侧的条件与表1所示的条件相同。另外，形成了包含i型捕获层33的i型非晶硅层2，其膜厚度为10nm，形成了i型捕获层33，其膜厚度为2nm，形成了p型非晶硅层3，其膜厚度为8nm。
[表4]
        处理                       形成条件等
基板温度(℃) 使用气体   压力(Pa)   功率密度(mW/cm2)
表面侧   氢处理   170   H2：100sccm   50   15
i型a-Si 170   H2：100sccmSiH4：40sccm 50 15
i型a-Si捕获层(33) 170 SiH4：40sccm 50 15
p型a-Si 170   H2：100sccmSiH4：40sccmB2H6(2％)：40sccm 50 15
为了使i型捕获层33的氢浓度比i型非晶硅层的低，在该第三实施方式中，虽然不进行i型捕获层33的氢稀释，但除此以外还有以下方法。
(1)使p型非晶硅层形成时的基板温度比i型非晶硅层形成时的高。(2)使p型非晶硅层形成时的氢稀释量比i型非晶硅层形成时的低。(3)使p型非晶硅层形成时的成膜压力比i型非晶硅层形成时的低。(4)使p型非晶硅层形成时的RF接通功率比i型非晶硅层形成时的低。
准备第三实施方式和现有装置，用SIMS测量了膜中的氢浓度分布。将其结果示于图8。图8是表示用SIMS测量了第三实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层3、i型捕获层33和i型非晶硅层2的界面部分的氢浓度分布的图。测量等的条件与第一实施方式相同。
根据图8中的用SIMS测量的氢浓度分布，能确认与图2和图7所示的模式图同样的浓度分布，可知能用捕获层33捕获来自i型非晶硅层2的氢扩散。
其次，参照图9及图10说明本发明的第四实施方式。图9是模式地表示本发明的第四实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层和i型非晶硅层的界面附近的氢浓度分布的图。
p型非晶硅层3和i型非晶硅层2的界面附近的i型非晶硅层2的氢浓度对H.I.T.太阳电池的发电电压造成影响。可知通过提高i型非晶硅层2的后半部(p型非晶硅层3一侧)的氢浓度，能提高输出电压。上述的第三实施方式与此方向相反，能防止氢向p型非晶硅层3扩散，但输出电压稍微降低了一些。因此，在该第四实施方式中，在厚度为2nm左右的捕获层34中掺杂了硼(B)。由此，不使输出电压下降，能防止氢向p型非晶硅层3扩散。
表5中示出了第四实施方式的形成条件。背面侧的条件与表1所示的条件相同。另外，形成了i型非晶硅层2，其膜厚度为10nm，形成了捕获层34，其膜厚度为0.5nm，形成了p型非晶硅层3，其膜厚度为6nm。
[表5]
        处理                       形成条件等
基板温度(℃)   使用气体   压力(Pa)   功率密度(mW/cm2)
  表面侧   氢处理   170   H2：100sccm   50   15
i型a-Si 170   H2：100sccmSiH4：40sccm 50 15
捕获层(34) 170   SiH4：40sccmB2H6(2％)：10sccm 50 15
p型a-Si 170   H2：100sccmSiH4：40sccmB2H6(2％)：40sccm 50 15
准备第四实施方式和现有装置，用SIMS测量了膜中的氢浓度分布。将其结果示于图10。图10是表示用SIMS测量了第四实施方式的H.I.T.结构的太阳电池的p型非晶硅层3、捕获层34和i型非晶硅层2的界面部分的氢浓度分布的图。测量等的条件与第一实施方式相同。
根据图10中的用SIMS测量的氢浓度分布，能确认与图2和图9所示的模式图同样的浓度分布，可知能用捕获层34捕获来自i型非晶硅层2的氢扩散。
其次，准备上述的本发明的第一至第四实施方式的H.I.T.结构的太阳电池装置和现有的太阳电池装置，在大气中用250℃进行3小时的加热退火，将测量了其特性变化的结果示于表6中。
[表6]
  Voc(V)   Isc(A/cm2)   F.F.   Pmax(W)
现有技术   初始特性退火后特性变化率   0.7060.684-3.12％   3.8203.811-0.24％   0.7720.753-2.46％   2.0821.963-5.72％
第一实施方式   初始特性退火后特性变化率   0.7090.700-1.27％   3.8803.869-0.28％   0.7620.752-1.31％   2.0962.037-2.84％
第二实施方式   初始特性退火后特性变化率   0.7070.699-1.13％   3.8503.835-0.39％   0.7690.758-1.43％   2.0902.032-2.78％
第三实施方式   初始特性退火后特性变化率   0.698-1.00％0.691   3.8103.796-0.37％   0.7600.751-1.18％   2.0201.970-2.48％
  第四实施方式   初始特性退火后特性变化率   0.7070.701-0.85％   3.7903.783-0.18％   0.7750.767-1.03％   2.0802.034-2.21％
从表6可知，如本发明的第一至第四实施方式所示，能确认在p型非晶硅层和i型非晶硅层之间设置氢扩散抑制区域，能大幅度地抑制由高温加热引起的输出特性的下降。另外，由于即使进行高温加热，也能抑制输出特性的下降，所以作为集电极能使用高温烧制的材料，能降低电极电阻。
其次，改变捕获层33、捕获层44的膜厚度，研究了特性的变化。首先，使第三实施方式的i型捕获层33的厚度进行各种变化，形成了成为试样的太阳电池装置。除了改变i型捕获层33的厚度以外，在上述的形成条件下作成了试样。然后，在大气中用250℃对各试样进行了3小时的加热退火，研究了其初始特性、变化率、退火后的特性。将其结果示于表7及图11至图13。将不设置捕获层33的现有例的输出作为1，将特性分别标准化。图11是表示膜的厚度和初始特性的关系的特性曲线图，图12是作为变化率求出热处理后的特性和初始特性的相对输出，用与该膜的厚度的关系表示的特性曲线图，图13是用与该膜的厚度的关系表示热处理后的相对输出的特性曲线图。
[表7]
  膜厚(nm)   初始   变化率   退火后特性
  0   1   0.93   0.930
  0.5   0.99   0.93   0.921
  1.0   0.99   0.97   0.960
  2.0   0.99   0.97   0.960
  3.0   0.98   0.97   0.951
  4.0   0.96   0.98   0.941
  5.0   0.95   0.98   0.931
  6.0   0.93   0.99   0.921
  7.0   0.92   0.99   0.911
由表6及图11至图13可知，在设有i型捕获层33的情况下，如果使其膜的厚度在1nm以上5nm以下，则退火后的特性比现有例提高了。因此，i型捕获层33的厚度在1nm以上5nm以下为好，优选在1nm以上2nm以下。另外，该膜的厚度利用形成有规定厚度的膜的形成时间求取，根据形成时间计算各试样的值。
其次，使第四实施方式的掺杂了硼(B)的捕获层34的厚度进行各种变化，形成了成为试样的太阳电池装置。除了改变捕获层34的厚度以外，在上述的形成条件下作成了试样。然后，在大气中用250℃对各试样进行了3小时的加热退火，研究了其初始特性、变化率、退火后的特性。将其结果示于表8及图14至图16。将不设置捕获层34的现有例的输出作为1，将特性分别标准化。图14是表示膜的厚度和初始特性的关系的特性曲线图，图15是作为变化率求出热处理后的特性和初始特性的相对输出，用与该膜的厚度的关系表示的特性曲线图，图16是用与该膜的厚度的关系表示热处理后的相对输出的特性曲线图。
[表8]
  膜厚(nm)   初始   变化率   退火后特性
  0   1   0.93   0.930
  0.1   0.995   0.93   0.925
  0.3   0.990   0.98   0.970
  0.5   0.990   0.98   0.970
  1.0   0.980   0.98   0.960
  2.0   0.960   0.98   0.941
  3.0   0.940   0.98   0.921
  4.0   0.910   0.985   0.896
  5.0   0.880   0.99   0.871
由表8及图14至图16可知，在设有捕获层34的情况下，如果使其膜的厚度在0.1nm以上而小于3nm，则退火后的特性提高了。另外可知，如果在0.3nm以上2nm以下，特性提高了。因此，捕获层34的厚度在0.1nm以上而小于3nm为好，优选在0.3nm以上2nm以下。另外，该膜的厚度是利用形成具有规定厚度的膜的形成时间来求取，根据形成时间计算各试样的值。
另外，在上述的实施方式中，作为晶体系列半导体基板，虽然使用了单晶硅基板，但即使使用多晶硅基板等多晶半导体基板，也能获得同样的效果。另外，在上述的实施方式中，作为含有氢的非晶体系列半导体膜，虽然使用了非晶硅层，但不限于此，即使使用非晶硅碳化物、非晶硅锗非晶硅系列合金、或膜中含有微少晶粒的半导体薄膜，也能获得同样的效果。
应该考虑到本次公开的实施方式全部都是例子，而不是限制性的内容。本发明的范围不是由上述的实施方式的说明而由权利要求的范围给出，意图包含与权利要求的范围均等的意思及范围内的全部变更。

Claims (16)

1、一种光生伏打装置，其特征在于，具有：
晶体系列半导体基板；
设置在该晶体系列基板上的含有氢的实质本征非晶体系列半导体薄膜层；
设置在该本征非晶体系列半导体薄膜上的含有氢的进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层；和
设置在所述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层和所述本征非晶体系列半导体薄膜层之间，抑制氢从所述本征非晶体系列半导体薄膜层向所述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层扩散的氢扩散抑制区域。
2、根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于：
在所述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层和所述本征非晶体系列半导体薄膜层的界面附近，由氢浓度比所述本征非晶体系列半导体薄膜层的氢浓度高的区域，形成所述氢扩散抑制区域。
3、根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于：
在所述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层和所述本征非晶体系列半导体薄膜层的界面附近，由氢浓度比所述本征非晶体系列半导体薄膜层的氢浓度高、而且掺杂了与所述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层同型的价电子控制用的杂质的区域，形成所述氢扩散抑制区域。
4、根据权利要求1所述的光生伏打装置，其特征在于：
在所述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层和所述本征非晶体系列半导体薄膜层的界面附近，由氢浓度比所述本征非晶体系列半导体薄膜层的氢浓度低的捕获层，形成所述氢扩散抑制区域。
5、根据权利要求4所述的光生伏打装置，其特征在于：
由实质本征非晶体系列半导体薄膜层形成所述捕获层。
6、根据权利要求4所述的光生伏打装置，其特征在于：
所述捕获层被掺杂有与所述进行了价电子控制的非晶体系列半导体薄膜层同型的价电子控制用的杂质。
7、一种光生伏打装置，其特征在于，具有：
n型单晶硅基板；
设置在该n型单晶硅基板上的含有氢的实质本征非晶硅层；
设置在该本征非晶硅层上的含有氢的p型非晶硅层；和
设置在所述p型非晶硅层和所述本征非晶硅层之间，抑制氢从所述本征非晶硅层向所述p型非晶硅层扩散的氢扩散抑制区域。
8、根据权利要求7所述的光生伏打装置，其特征在于：
在所述p型非晶硅层和所述本征非晶硅层的界面附近，由氢浓度比所述本征非晶硅层的氢浓度高的区域，形成所述氢扩散抑制区域。
9、根据权利要求7所述的光生伏打装置，其特征在于：
在所述p型非晶硅层和所述本征非晶硅层的界面附近，由氢浓度比所述本征非晶硅层的氢浓度高、而且掺杂了所述p型杂质的区域，形成所述氢扩散抑制区域。
10、根据权利要求7所述的光生伏打装置，其特征在于：
在所述p型非晶硅层和所述本征非晶硅层的界面附近，由氢浓度比所述本征非晶硅层的氢浓度低的捕获层，形成所述氢扩散抑制区域。
11、根据权利要求10所述的光生伏打装置，其特征在于：
由实质本征非晶硅层形成所述捕获层。
12、根据权利要求11所述的光生伏打装置，其特征在于：
所述捕获层的膜厚度为1nm以上5nm以下。
13、根据权利要求11所述的光生伏打装置，其特征在于：
所述捕获层的膜厚度为1nm以上2nm以下。
14、根据权利要求10所述的光生伏打装置，其特征在于：
所述捕获层是掺杂有p型杂质的非晶硅层。
15、根据权利要求14所述的光生伏打装置，其特征在于：
所述捕获层的膜厚度为0.1nm以上而小于3nm。
16、根据权利要求14所述的光生伏打装置，其特征在于：
所述捕获层的膜厚度为0.3nm以上2nm以下。
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