JP2003258286A

JP2003258286A - 薄膜太陽電池とその製造方法

Info

Publication number: JP2003258286A
Application number: JP2002057876A
Authority: JP
Inventors: Katsuhito Wada; 雄人和田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】出力電圧を増加させると共に電流の低下を抑
え、変換効率が高い薄膜太陽電池とその製造方法を提供
する。【解決手段】ｐ型半導体層（ｐ層）７、実質的に真性
なｉ型半導体層（ｉ層）５、ｎ型半導体層（ｎ層）４を
積層した少なくとも一つのｐｉｎ接合を有し、ｐ層は微
結晶シリコンからなり、ｉ層およびｎ層は微結晶シリコ
ンもしくは多結晶シリコンからなる薄膜太陽電池におい
て、前記ｉ層の光の入射側の半導体層（ｐ層）とｉ層と
の間に、微結晶シリコンからなり、アモルファスシリコ
ン成分のバンドギャップを増加させる不純物を、１×１
０²⁰原子／ｃｍ³以上含む介在層６を備え、かつ、この
介在層６における結晶分率は、前記ｉ層５の光の入射側
の半導体層（ｐ層）７の結晶分率より小とする。製造方
法としては、不純物を増加することにより介在層の結晶
分率を低下させて、結晶分率の調整を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電気絶縁性基板
上に少なくとも一つのｐｉｎ接合を有する薄膜太陽電
池、特に、微結晶シリコン（μc-Si）を主材料とした薄
膜太陽電池とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】非単結晶膜を用いた光電変換装置、特に
シリコン系の非単結晶薄膜であるアモルファス（非晶
質）シリコン（a-Si）、およびアモルファス（非晶質）
シリコンゲルマニウム（a-SiGe）等の薄膜を、プラズマ
放電によって形成した薄膜光電変換装置は、単結晶シリ
コンデバイスと比較して、大面積に、低温で、安価に作
製できることから、電力用の大面積薄膜太陽電池等への
適用において特に期待されている。

【０００３】しかしながら、このa-Siやa-SiGe太陽電池
は、単結晶Siや多結晶Si等のバルク結晶型太陽電池に比
べて変換効率が低く、さらには、固有の問題として光照
射によって変換効率が１〜３割程度低下する光劣化とい
う問題を抱えている。これらの問題を解決して高効率、
高信頼性を実現する方法として複数のpin型セルを積層
してマルチ接合化したもの、即ち、多層型薄膜太陽電池
が知られている。

【０００４】これは、ｐ，ｉ，ｎ型の半導体層から成る
光電変換層を、基板上に複数積層したもので、光入射側
に、相対的に光学的禁制帯幅（以下、光学的バンドギャ
ップともいう。）の大きい非晶質シリコンを用い、光入
射側から遠い光電変換層に、光学的バンドギャップの小
さい非晶質シリコンゲルマニウムを用いて、非晶質シリ
コンでは吸収され難い赤外線領域の光も効率よく吸収し
て、変換効率の向上を図るものである。さらに、一つの
半導体層の膜厚方向の原子組成比を変化させることによ
り、光学的バンドギャップをその層内で変化させるグレ
ーデッド構成の採用により、さらに変換効率の向上を図
る技術も知られている。

【０００５】前記光劣化の問題や多層化による変換効率
の向上について、さらに以下に詳述する。前記光劣化は
ｉ層中に発生する光誘起欠陥に起因する。ｉ層の膜厚を
薄くすれば内部電界が強くなるために、効率低下を抑え
ることが可能であるが光吸収量が減って初期効率が低下
してしまう。そこで、ｉ層の膜厚が薄いセルを複数個積
層すれば、１個のときよりも光吸収量を増加させること
ができ、高効率と高信頼性の両立を図ることが可能とな
る。さらに、a-SiGeや薄膜多結晶シリコン等のナローギ
ャップ（光学的バンドギャップの小さい）材料をｉ層に
用いたセルをボトムあるいはミドルセルとして組み合わ
せればa-Siセルでは用いることができなかった波長800n
m以上の赤外光も吸収することが可能となり、高効率化
が達成される。

【０００６】ところで、微結晶シリコン（μc-Si）を主
材料とした薄膜太陽電池は、a-Si太陽電池と同様のプロ
セスが適用できるため低コスト化が図られ、かつ前記光
劣化を示さないため、近年注目を集めている。

【０００７】ここで微結晶薄膜とは、プラズマCVDや光C
VD、熱CVD等で作成した薄膜で、アモルファスの中に粒
径が数nmから数μmの結晶粒が混在する薄膜をいう。例
えば、微結晶シリコンという場合は、その微結晶シリコ
ン中に、アモルファスシリコン成分が含まれている。結
晶粒の体積の全体の体積に対する比を結晶分率といい、
結晶分率は、理論的には最大で１００％であるが、１０
０％のものを作成することは困難である。通常、基板側
の半導体層の結晶分率は１０〜５０％程度、反基板側は
０〜９０％程度のものが用いられる。

【０００８】微結晶シリコン（μc-Si）は、a-Siに比べ
て長波長光の吸収係数が大きいため、より長波長の光を
吸収することができ、出力電流が増加する。さらに、ゲ
ルマニウムは、光学的バンドギャップが０．８ｅＶと、
シリコンの１．２ｅＶに比べて小さいので、微結晶ゲル
マニウム(μc-Ge) あるいは微結晶シリコンゲルマニウ
ム（μc-SiGe）を用いることによって、より長波長の光
を吸収することができ、出力電流を増加させることがで
きる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記微結晶
シリコン（μc-Si）を主材料とした薄膜太陽電池は、a-
Si太陽電池と比べると、出力電流が大きいものの、電圧
が低い欠点がある。

【００１０】前述のように、薄膜太陽電池は、変換効率
を向上させるためにバンドギャップの異なる光活性層も
った太陽電池を積層してなる、マルチジャンクション構
造をとる事が多い。この場合には、特に、積層された複
数の太陽電池の電流密度が一定である必要があるため、
μc-Si太陽電池の低い出力電圧は不利であり、この問題
を解消する必要があった。

【００１１】前記微結晶シリコン（μc-Si）を主材料と
した薄膜太陽電池においては、ｐ／ｉ層界面の結晶分率
を低下させることにより、薄膜太陽電池の開放端電圧
（Voc）が上昇することが知られているものの、従来の
通常の製膜時の希釈率、投入パワーを変える方法では、
急激に結晶分率を変化させる制御を行なう事は困難であ
った。

【００１２】一方、前記のように結晶分率を低下させた
場合、光の吸収ロスが増加し、出力電流の低下をもたら
す問題もあった。

【００１３】この発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、本発明の課題は、出力電圧を増加させると共に電
流の低下を抑え、変換効率が高い薄膜太陽電池とその製
造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を達成するた
め、この発明は、ｐ型半導体層（ｐ層）、実質的に真性
なｉ型半導体層（ｉ層）、ｎ型半導体層（ｎ層）を積層
した少なくとも一つのｐｉｎ接合を有し、前記ｐ層は微
結晶シリコンからなり、前記ｉ層およびｎ層は微結晶シ
リコンもしくは多結晶シリコンからなる薄膜太陽電池に
おいて、前記ｉ層の光の入射側の半導体層（ｐ層）とｉ
層との間に、微結晶シリコンからなり、アモルファスシ
リコン成分のバンドギャップを増加させる不純物を、１
×１０²⁰原子／ｃｍ³以上含む介在層を備え、かつ、こ
の介在層における結晶分率は、前記ｉ層の光の入射側の
半導体層（ｐ層）の結晶分率より小とする（請求項１の
発明）。

【００１５】上記請求項１の発明の実施態様としては、
下記が好適である。即ち、請求項１に記載の薄膜太陽電
池において、前記介在層におけるアモルファスシリコン
成分のバンドギャップを増加させる不純物は、炭素，窒
素，酸素の内のいずれかとする（請求項２の発明）。

【００１６】上記のように、不純物を多く含んだ層を用
いる事で、急激に結晶分率を変化させる制御が可能とな
る。また不純物として炭素、窒素、酸素などのアモルフ
ァスシリコンのバンドギャップを増大させる不純物を用
いる事で、結晶分率を変えただけの場合と比べて、より
開放端電圧（Voc）の向上の効果が大きく、短絡電流（J
sc）の低下が小さくなる。なお、介在層における結晶分
率の下限は、５％を目安とする。上記作用効果に関する
詳細は後述する。

【００１７】また、前記請求項１に記載の薄膜太陽電池
において、薄膜太陽電池がスーパーストレート構造であ
って、ガラス基板等の透明絶縁基板上に、透明電極層お
よび前記ｉ層の光の入射側の半導体層（ｐ層）を順次形
成してなる薄膜太陽電池の場合に、前記ｎ層は、微結晶
シリコンもしくは多結晶シリコンに代えて、アモルファ
スシリコンからなるものとする（請求項３の発明）こと
もできる。

【００１８】前記スーパーストレート構造の場合には、
基板の反対側から光が入射するサブストレート構造の薄
膜太陽電池の場合と異なり、ｉ層の膜成長に影響を与え
ないため、ｎ層にアモルファスシリコンを用いることが
できる。

【００１９】さらに、前記請求項１ないし３のいずれか
に記載の薄膜太陽電池において、前記ｉ層およびｎ層
は、微結晶シリコンもしくは多結晶シリコンに代えて、
微結晶シリコンゲルマニウムもしくは微結晶ゲルマニウ
ムからなるものとする（請求項４の発明）こともでき
る。前記ｐ層および介在層に微結晶シリコンを用いれ
ば、少なくとも、開放端電圧（Voc）および短絡電流（J
sc）の向上の効果は得られる。ただし、この場合、前記
バンドギャップを考慮した層設計が必要である。

【００２０】さらにまた、請求項１に記載の薄膜太陽電
池において、前記ｉ層の光の入射側の半導体層（ｐ層）
に代えて、ｉ層の光の入射側の半導体層（ｎ層）とし、
かつ、このｎ層は微結晶シリコンからなり、ｉ層および
ｐ層は微結晶シリコンもしくは多結晶シリコンからなる
ものとする（請求項５の発明）こともできる。微結晶シ
リコン（μc-Si）を主材料とした薄膜太陽電池の場合、
一般には、ｐ層側から入射する構成が採用されるが、上
記のように、ｎ層側から入射するようにしても、開放端
電圧（Voc）および曲線因子（FF）の向上には効果があ
る。

【００２１】また、前記本発明の薄膜太陽電池の製造方
法としては、下記請求項６の発明が好適である。即ち、
請求項１ないし５のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製
造方法であって、前記介在層におけるアモルファスシリ
コン成分のバンドギャップを増加させる不純物を増加す
ることにより、介在層における結晶分率を低下させて、
前記介在層における結晶分率の調整を行うこととする。
詳細は後述する。

【００２２】

【発明の実施の形態】この発明の実施例について以下に
述べる。

【００２３】図１は、請求項１の発明の実施例に関わ
り、サブストレートタイプのシングル構造の薄膜太陽電
池の模式的層構造を示す。

【００２４】図１に示す薄膜太陽電池は、電気絶縁性の
基板１上に導電性の金属電極層２、反射増加層３、ｎ型
のμc-Si系半導体層（ｎ層）４、実質的に真性なｉ型
（intrinsic）のμc-Si系半導体層（ｉ層）５、結晶性
の低い介在層６、ｐ型のμc-Si層（ｐ層）７、透明電極
層８とから構成される。本薄膜太陽電池に対して、光は
透明電極層８側から照射される。

【００２５】前記介在層６は、炭素を１×１０²⁰原子／
ｃｍ³以上含む。ここでは炭素を添加しているが、窒
素、酸素でもよい。また、同時に荷電子制御剤を加えて
も良い。さらに、多層構造の薄膜太陽電池とすることも
できる。

【００２６】図２は、請求項３の発明の実施例に関わ
り、スーパーストレートタイプのシングル構造の薄膜太
陽電池の模式的層構造を示す。

【００２７】図２に示す薄膜太陽電池は、透明な例えば
ガラス基板９上に透明電極層１０が積層され、その上に
ｐ型のμc-Si層（ｐ層）１１、介在層１２、実質的に真
性なｉ型のμc-Si系半導体層（ｉ層）１３、ｎ型のμc-
Siもしくはa-Si層（ｎ層）１４、反射増加層１５、導電
性の金属電極層１６とから構成される。本薄膜太陽電池
に対して光は基板９側から照射される。前記介在層１２
は、炭素を１×１０²⁰原子／ｃｍ³以上含むが、窒素、
酸素でもよく、また、介在層に同時に荷電子制御剤を加
えても良い。

【００２８】上記図１，２において、介在層６または１
２は、微結晶シリコンからなり、前記ｉ層の光の入射側
の半導体層（ｐ層）とｉ層との間にあって、アモルファ
スシリコン成分のバンドギャップを増加させる不純物
を、１×１０²⁰原子／ｃｍ³以上含み、かつ、この介在
層における結晶分率は、前記ｉ層の光の入射側の半導体
層（ｐ層）の結晶分率より小となるように、層形成され
る。

【００２９】前記結晶分率は、後述するように不純物の
量により制御できる。結晶分率を不純物で制御できるた
め、ｐ層とｉ層の界面でのキャリアの再結合が抑えら
れ、開放端電圧（Voc）、そして曲線因子（FF）が向上
すると同時に、短絡電流（Jsc）の低下が抑えられた。
このように不純物を多く含み、結晶分率が低い介在層を
設ける事で、電流の低下を抑えながらも電圧を増加させ
ることができる。この介在層の膜厚は10〜150Å程度が
適している。

【００３０】荷電子制御用の物質としては、B₂H₆を使用
したが、B₄H₁₀等の他の水素化ホウ素、BF₃、BCl₃等のハ
ロゲン化ホウ素等を使う事もできる。

【００３１】また、結晶分率の低い層を設けることとし
たが、結晶粒を含まないアモルファスの層とする事もで
きる。ただし、膜の成長への影響、キャリアの伝導への
影響から、前記効果は小さくなるので、結晶分率は少な
くとも５％程度以上とすることが望ましい。

【００３２】次に、結晶分率の不純物による制御につい
て述べる。前述のように、不純物が増加すると結晶分率
は低下する。低下が見られる閾値やガス/シランガス流
量比等の一例を、酸素および炭素について示すと下記の
とおりである。

【００３３】元素ガス膜中密度閾値ガス/シランガス流量比 O CO₂ １×１０²⁰原子／ｃｍ³ 1% C CH₄ 1.5×１０²⁰原子／ｃｍ³ 20% 程度であり、流量を前記閾値から１０倍程度増加させる
とアモルファスになる。

【００３４】典型的な成膜条件を示すと下記のとおりで
ある。

【００３５】ｐ層，ｎ層水素ガス/シランガス流量比(水素希釈率) 200〜500倍パワー密度 20〜100mW/cm² 成膜温度 100〜300℃ ドーピングガス/シランガス 0.1%〜2%程度圧力 67〜266Pa(0.5〜2torr) （ｐ層，ｎ層はこの条件で20〜80%程度の結晶分率となる。）ｉ層水素ガス/シランガス流量比 20〜50倍パワー密度、成膜温度はｐ層と同じ圧力 133〜670Pa(1〜5torr) 介在層に関わる製膜とその結晶分率の一例を示すと下記
のとおりである。

【００３６】ｐ層水素希釈率200倍、B₂H₆/SiH₄ 0.15
%、1.5torr、30mW/cm²で結晶分率は50% 介在層ｐ層にCH₄を10%追加し、結晶分率は20% ｉ層水素希釈率 20倍、2.0torr、30mW/cm²で結晶分
率は40% 次に、上記以外の薄膜太陽電池の各構成部材の実施の形
態について述べる。

【００３７】本発明において、基板にはガラス基板を用
いたが、セラミックス基板や、ステンレススティール基
板や、ポリエステル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリ
イミド、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボ
ネート、ポリスチレン等の樹脂製の基板を用いる事もで
きる。金属電極層は、Ni、Cr、Al、Ag、Pb、Zn、Ni、A
u、Cr、Mo、Ir、Nb、Ta、V、Ti、Pt等の金属もしくは、
その合金、多層膜からなる薄膜を、真空蒸着、電子ビー
ム蒸着、スパッタリング、印刷法などで基板表面に設け
る事ができる。

【００３８】また反射増加層としては、ITO、ZnO、Sn
O₂、In₂O₃、TiO₂等が適用できる。この反射増加層の積
層方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD
法、スプレー法などが適用できる。

【００３９】本発明の薄膜太陽電池のｎ層は、請求項１
ないし３の発明を総括して、非単結晶性シリコン系半導
体からなる。非単結晶性の材料としては、非晶質材料、
微結晶材料、多結晶材料が挙げられる。非晶質材料とし
ては、a-Si:H、a-SiC:H、a-SiGe:H、a-SiO:H、a-SiN:
H、微結晶材料としては、μc-Si:H、μc-SiC:H、μc-Si
N:H、μc-SiO:H、μc-SiN:H、μc-SiGe:H、多結晶シリ
コン材料としては、poly-Si:H、poly-SiC:H、poly-SiG
e、poly-SiC等に、それぞれｎ型の荷電子制御剤(第Ｖ族
原子、P、As、Sb、Bi等)を高濃度に添加した材料が挙げ
られる。この膜厚は50〜500Åが好ましい膜厚である。

【００４０】光電変換層、ｉ層としては、実効的にintr
insicなμc-Si及びμc-SiGeを使用する事ができる。μc
-Siは膜厚が5000〜40000Å、μc-SiGeは3000〜30000Å
の膜厚が適している。

【００４１】本発明に適したｉ層の製膜方法としては、
RFプラズマCVD法、VHFプラズマCVD法、マイクロ波CVD
法、ホットワイヤーCVD法などが適用できる。特に容量
結合型のRFプラズマCVD法やVHFプラズマCVD法が望まし
い。また製膜の原料ガスとしては、シリコンを供給する
ために、SiH₄、Si₂H₆等のシランの水素化物、もしくは
その水素を重水素、フッ素、塩素に置換したガスが適し
ている。同様にゲルマニウムの原料としては同様に、Ge
H₄やその水素を重水素、フッ素、塩素に置換したガスが
適している。希釈ガスとして、H₂、Ar、He等が適してい
る。

【００４２】本発明の透明導電膜としては、ZnO、Sn
O₂、In₂O₃、ITO等が適する。また、その膜厚としては、
500〜20000Å程度とするのが良い。また製膜方法として
は、真空蒸着法、マグネトロンスパッタリング、反応性
スパッタリング、プラズマCVD等が適している。スーパ
ーストレート構造の場合、更に集電用の電極としては、
Ag、Au、Cu、Al等の金属からなるgrid電極を用いると良
い。

【００４３】以下、実施例により更に詳細に説明する。

【００４４】（実施例１）請求項１に係わる本発明の薄
膜太陽電池を、以下のとおりに作製した。基板には50ｍ
ｍ角のガラス基板を用い、その上にマグネトロンスパッ
タリングによりAg及びZnOの電極を積層した。Agは製膜
時の基板温度を200℃とし、膜厚はほぼ100ｎｍとした。
また、ZnOはGaをドープしたものであり、製膜時の基板
温度を250℃とし、膜厚は50ｎｍ程度とした。

【００４５】この電極上にシリコン及びその合金からな
る半導体層をプラズマCVDにより作製した。プラズマCVD
装置は、電極の直径が150mmである容量結合型のプラズ
マCVD装置であり、ｎ、ｉ、ｐの各層はそれぞれ別の製
膜室で作製する事ができる。

【００４６】ｎ層の製膜は次の手順で行った。

【００４７】基板加熱用のヒーターの温度を300℃と
し、基板を載せたトレイをヒーター上に設置して加熱し
た後、SiH₄ガス、H₂ガス、PH₃ガス(水素バランス1000pp
m)をそれぞれガス導入管から3、400、20sccm導入し、圧
力が266Pa(2torr)になるよう、コンダクタンスバルブで
調整した。続いて、13.56MHz、20Wの高周波を電極に投
入した。そして微結晶のｎ層の膜厚が500Åになったと
ころでグロー放電を停止した。なお、上記において、流
量の単位sccmは、standard cc/min（標準状態換算の流
量cm³/min）を示す。

【００４８】続いてｉ層の製膜を行った。ｉ層は基板加
熱用のヒーターの温度を250℃とし、基板を設置、加熱
した後、SiH₄ガス、H₂ガスをそれぞれ8、300sccm導入
し、圧力が同じく2torrになるように、コンダクタンス
バルブで調整した。続いて40MHz、20Wの高周波を投入し
てグロー放電を発生させ、膜厚が2μｍになったところ
で電力の投入をとめ、ｉ層の製膜を終えた。

【００４９】介在層の製膜は次の方法によって行った。
ｉ層と同じく、加熱用のヒーターの温度を250℃として
加熱し、SiH₄、H₂、CH₄、B₂H₆（水素バランス、1000pp
m）をそれぞれ3、500、3、15sccm導入し、圧力を2torr
に制御した後、13.56MHz、10Wの高周波を投入してグロ
ー放電を発生させ、膜厚が30Åになったところで放電を
止め、介在層の製膜を終えた。

【００５０】続いてｐ層の製膜を行った。SiH₄、H₂、B₂
H₆ガスをそれぞれ3、500、15sccm導入し、圧力を2torr
に制御した後、13.56MHz、10Wの高周波を投入し、膜厚
が70Åになったところで放電を停止した。更にｐ層上に
スパッタリングでITOからなる透明導電膜を800Å作製
し、Agからなるグリッド電極を蒸着で作製した。

【００５１】（実施例２）請求項３に係わる薄膜太陽電
池を以下のとおり作製した。基板には実施例１と同じく
50mm角のガラス基板を用い、その上にマグネトロンスパ
ッタリングでZnOの電極を作製した。基板の温度は300
℃、膜厚はほぼ１μm程度とした。

【００５２】この電極上にシリコン及びその合金からな
る半導体層をプラズマCVDにより作製した。

【００５３】ｐ層は次の手順で作成した。基板加熱用の
ヒーターの温度を250℃として加熱し、SiH₄ガス、H₂ガ
ス、B₂H₆ガス（水素バランス、1000ppm）をそれぞれ2、
500、10sccm投入し、圧力が2torrになるようにコンダク
タンスバルブで調整した。続いて、13.56MHz、15Wの高
周波を電極に投入し、膜厚が70Åになったところで放電
を停止した。

【００５４】続いて介在層の製膜を行った。製膜室に残
っているガスを排気した後、SiH₄ガス、H₂ガス、B₂H₆ガ
ス（水素バランス、1000ppm）、CH₄ガスをそれぞれ2、5
00、10sccm、2sccm投入し、圧力が2torrになるように調
整し、13.56MHz、15Wの高周波を電極に投入し、膜厚が3
0Åになったところで放電を停止した。

【００５５】続いて、ｉ層を次の手順で作成した。基板
加熱用のヒーターの温度を300℃として加熱し、SiH₄、H
₂ガスをそれぞれ8、300sccm導入し、圧力が2torrになる
ように調整した。次に13.56MHz、20Wの高周波を導入
し、2μｍの膜厚だけ成膜した。

【００５６】更に実施例１と同じ条件でｉ層上に300Å
の厚さのｎ層を成膜し、その上に反射増加層のZnOを500
Å、Ag電極層を1500Å積層した。

【００５７】（比較例１）実施例１と同じ基板、同じ製
膜条件で電極、ｎ層、ｉ層、ｐ層、透明電極層を作製し
た。介在層は用いなかった。

【００５８】（比較例２）実施例１と同じ基板、同じ製
膜条件で電極、ｎ層、ｉ層、ｐ層、透明電極層を作成し
た。介在層は用いず、ｐ層全体に炭素を３％添加した。

【００５９】（比較例３）実施例１と同じ基板、同じ製
膜条件で電極、ｎ層、ｉ層、ｐ層、透明電極層を作成し
た。介在層は水素希釈率を変えて結晶分率を変えたもの
とした。

【００６０】前記実施例１と比較例１，２，３の薄膜太
陽電池の各種特性（Voc、FF、Jsc、Eff）に関し、比較
例１を基準としてその比で比較した結果を、表１に示
す。前記Vocは開放端電圧、FFは曲線因子、Jscは短絡電
流、Effは変換効率を示す。表１から明らかなように、
実施例１の構造をとる事で、他の場合と比べて高い変換
効率をもつ薄膜太陽電池が得られることが確認された。

【００６１】

【表１】

【００６２】（比較例４）実施例２と同じ基板、同じ製
膜条件で電極、ｎ層、ｉ層、ｐ層、透明電極層を作成し
た。介在層は用いなかった。

【００６３】（比較例５）実施例２と同じ基板、同じ製
膜条件で電極、ｎ層、ｉ層、ｐ層、透明電極層を作成し
た。ｐ層は比較例２と同様に、全体に炭素を1.5％添加
した。

【００６４】（比較例６）実施例２と同じ基板を用い、
同じ製膜条件で電極、ｎ層、ｉ層、ｐ層、透明電極層を
作成した。介在層は水素希釈率をかえて結晶分率を変え
たものとした。

【００６５】前記実施例２と比較例４，５，６の薄膜太
陽電池の各種特性（Voc、FF、Jsc、Eff）に関し、比較
例４を基準としてその比で比較した結果を、表２に示
す。表２から明らかなように、実施例２の構造をとる事
で、他の場合と比べて高い変換効率をもつ薄膜太陽電池
が得られることが確認された。

【００６６】

【表２】

【００６７】

【発明の効果】上記のとおり、この発明によれば、ｐ型
半導体層（ｐ層）、実質的に真性なｉ型半導体層（ｉ
層）、ｎ型半導体層（ｎ層）を積層した少なくとも一つ
のｐｉｎ接合を有し、前記ｐ層は微結晶シリコンからな
り、前記ｉ層およびｎ層は微結晶シリコンもしくは多結
晶シリコンからなる薄膜太陽電池において、前記ｉ層の
光の入射側の半導体層（ｐ層）とｉ層との間に、微結晶
シリコンからなり、アモルファスシリコン成分のバンド
ギャップを増加させる不純物を、１×１０²⁰原子／ｃｍ
³以上含む介在層を備え、かつ、この介在層における結
晶分率は、前記ｉ層の光の入射側の半導体層（ｐ層）の
結晶分率より小とし、上記薄膜太陽電池の製造方法とし
て、前記介在層におけるアモルファスシリコン成分のバ
ンドギャップを増加させる不純物を増加することによ
り、介在層における結晶分率を低下させて、前記介在層
における結晶分率の調整を行うこととしたので、出力電
圧を増加させると共に電流の低下を抑え、変換効率が高
い薄膜太陽電池とその製造方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に関わる薄膜太陽電池の
模式的断面構造図

【図２】本発明の第２の実施例に関わる薄膜太陽電池の
模式的断面構造図

【符号の説明】

１：基板、２，１６：金属電極層、３，１５：反射増加
層、４，１４：ｎ層、５，１３：ｉ層、６，１２：介在
層、７，１１：ｐ層、８，１０：透明電極層、９：ガラ
ス基板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｐ型半導体層（ｐ層）、実質的に真性な
ｉ型半導体層（ｉ層）、ｎ型半導体層（ｎ層）を積層し
た少なくとも一つのｐｉｎ接合を有し、前記ｐ層は微結
晶シリコンからなり、前記ｉ層およびｎ層は微結晶シリ
コンもしくは多結晶シリコンからなる薄膜太陽電池にお
いて、前記ｉ層の光の入射側の半導体層（ｐ層）とｉ層との間
に、微結晶シリコンからなり、アモルファスシリコン成
分のバンドギャップを増加させる不純物を、１×１０²⁰
原子／ｃｍ³以上含む介在層を備え、かつ、この介在層
における結晶分率は、前記ｉ層の光の入射側の半導体層
（ｐ層）の結晶分率より小とすることを特徴とする薄膜
太陽電池。
【請求項２】請求項１に記載の薄膜太陽電池におい
て、前記介在層におけるアモルファスシリコン成分のバ
ンドギャップを増加させる不純物は、炭素，窒素，酸素
の内のいずれかとすることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項３】請求項１に記載の薄膜太陽電池におい
て、薄膜太陽電池がスーパーストレート構造であって、
ガラス基板等の透明絶縁基板上に、透明電極層および前
記ｉ層の光の入射側の半導体層（ｐ層）を順次形成して
なる薄膜太陽電池の場合に、前記ｎ層は、微結晶シリコ
ンもしくは多結晶シリコンに代えて、アモルファスシリ
コンからなることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の薄
膜太陽電池において、前記ｉ層およびｎ層は、微結晶シ
リコンもしくは多結晶シリコンに代えて、微結晶シリコ
ンゲルマニウムもしくは微結晶ゲルマニウムからなるこ
とを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項５】請求項１に記載の薄膜太陽電池におい
て、前記ｉ層の光の入射側の半導体層（ｐ層）に代え
て、ｉ層の光の入射側の半導体層（ｎ層）とし、かつ、
このｎ層は微結晶シリコンからなり、ｉ層およびｐ層は
微結晶シリコンもしくは多結晶シリコンからなることを
特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の薄
膜太陽電池の製造方法であって、前記介在層におけるア
モルファスシリコン成分のバンドギャップを増加させる
不純物を増加することにより、介在層における結晶分率
を低下させて、前記介在層における結晶分率の調整を行
うことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。