JP2008124325A

JP2008124325A - 薄膜光電変換装置とその製造方法

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Publication number: JP2008124325A
Application number: JP2006308040A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Suezaki; 恭末崎; Susumu Fukuda; 丞福田
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2026-11-14
Also published as: JP4971755B2

Abstract

【課題】酸化亜鉛の透明導電膜と薄膜光電変換ユニットとの間に良好な接合界面を形成することによって変換効率の高い薄膜光電変換装置を提供する。
【解決手段】酸化亜鉛の透明導電膜（３）上に、ｐ型半導体層（４１−４３）、ｉ型半導体層（４４）、およびｎ型半導体層（４５）が順次積層された薄膜光電変換ユニット（４）の少なくとも１つを含む薄膜光電変換装置（１）の製造方法において、透明導電膜に接する薄膜光電変換ユニット中のｐ型半導体層は透明導電膜上に第１のｐ型結晶質半導体層（４１）、第２のｐ型結晶質半導体層（４２）、及びｐ型非晶質半導体層（４３）をプラズマＣＶＤによって順次積層することによって形成され、第１ｐ型結晶質半導体層の形成と第２ｐ型結晶質半導体層の形成との間においてプラズマＣＶＤの放電が所定時間だけ停止されることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜光電変換装置とその製造方法の改善に関する。

今日、薄膜光電変換装置は多様化し、従来の非晶質シリコン系光電変換ユニットを含む非晶質シリコン系光電変換装置の他に結晶質シリコン系光電変換ユニットを含む結晶質シリコン系光電変換装置も開発され、これらのユニットを積層した多接合型薄膜光電変換装置も実用化されている。なお、ここで使用する用語「結晶質」は、多結晶及び微結晶を包含する。また、用語「結晶質」及び「微結晶」は、部分的に非晶質を含むものをも意味するものとする。

薄膜光電変換装置としては、透明絶縁基板上に順に積層された透明導電膜、１以上の薄膜光電変換ユニット、および裏面側の金属電極膜を含むものが一般的である。そして、１つの薄膜光電変換ユニットは、ｐ型半導体層とｎ型半導体層でサンドイッチされたｉ型半導体層を含んでいる。

薄膜光電変換ユニットの厚さの大部分を占めるｉ型半導体層は実質的に真性の半導体層であって、光電変換作用は主としてのこのｉ型半導体層内で生じるので光電変換層と呼ばれる。このｉ型半導体層は、光吸収を大きくして光電流を大きくするためには厚い方が好ましい。

他方、ｐ型半導体層やｎ型半導体層は導電型層とも呼ばれ、薄膜光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たしており、この拡散電位の大きさによって薄膜光電変換装置の特性の１つである開放電圧（Ｖｏｃ）の値が左右される。しかし、これらの導電型層は光電変換に直接寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与しない損失となる。また、導電型層の導電率が低ければ、薄膜光電変換装置内の直列抵抗が大きくなって光電変換特性が低下する。したがって、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の導電型層は、十分な拡散電位を生じさせ得る範囲内であれば、できるだけ小さな厚さを有しかつ高い透光性と導電率を有する事が好ましい。

このようなことから、薄膜光電変換ユニットまたは薄膜光電変換装置は、それに含まれる導電型層の材料が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占めるｉ型半導体層の材料が非晶質シリコン系のものは非晶質シリコン系光電変換ユニットまたは非晶質シリコン系薄膜光電変換装置と称され、ｉ型半導体層の材料が結晶質シリコン系のものは結晶質シリコン系光電変換ユニットまたは結晶質シリコン系光電変換装置と称される。

上述のような薄膜光電変換ユニットは、例えば錫を微量添加（以下、ドープとも称す。また、微量添加された物質をドーパントとも称す）した酸化インジウム(Ｉｎ₂Ｏ₃)、アンチモンやフッ素をドープして導電性を持たせた酸化錫(ＳｎＯ₂)、酸化亜鉛(ＺｎＯ)、または酸化インジウム錫（以下、ＩＴＯと称す）などの透明導電性酸化物（以下、ＴＣＯとも称す）からなる透明導電膜の上に形成される。なお、このような透明導電膜は、光電変換装置内への光閉じ込め効果を高めるために、表面に凹凸を有することもある。ＴＣＯの中でも、特に酸化錫(ＳｎＯ₂)が、透明導電膜として従来から広く用いられている。近年では、長波長領域の光に対する透過率、光閉じ込め効果の指標となるヘイズ率の制御性、更には水素ラジカルに対する耐還元性の点で優れた酸化亜鉛(ＺｎＯ)も、透明導電膜として用いられるようになってきた。

薄膜光電変換ユニットを形成する方法として、一般的にはプラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法が用いられる。前述のように、ｐ型半導体層は、できるだけ透光性であってかつ高い導電率を有する事が好ましい。このようなｐ型半導体層としてｐ型非晶質シリコンカーバイド層が酸化錫(ＳｎＯ₂)の透明導電膜上の薄膜光電変換ユニットにおいて広く採用され、高い変換効率が得られている。他方、透明導電膜として酸化亜鉛層を使用した場合には、酸化錫(ＳｎＯ₂)層を用いた場合と同様にｐ型半導体層としてｐ型非晶質シリコンカーバイド層を用いても、光電変換装置の開放電圧（Ｖｏｃ）や曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が低下して高い変換効率を得ることができない事が分かってきた。これは、酸化亜鉛層とｐ型非晶質シリコンカーバイド層との間において、低い接触抵抗と良好なオーミック特性を得ることが難しいためと考えられる。すなわち、この問題を解決して薄膜光電変換装置として高い変換効率を得るためには、酸化亜鉛層と薄膜光電変換ユニットの接合界面における接触抵抗を低くしなくてはならない。そのためには、酸化亜鉛層の直上に形成される薄膜光電変換ユニットのｐ型半導体層としてｐ型非晶質シリコンカーバイド層よりも導電性が高いｐ型半導体層を形成することによって、酸化亜鉛層と薄膜光電変換ユニットの接合界面における接触抵抗を下げる方法が考えられる。

特許文献１には、酸化亜鉛の透明導電膜と導電性シリコンカーバイドとの間に、ボロンを含有する非晶質シリコン層を隣接配置させる構造が開示されている。しかし、ボロンを含有する非晶質シリコン層は光電変換に寄与しないので、その非晶質シリコン層による光吸収によってｉ型半導体層への入射光量が減少する問題がある。また、ボロンを含有していても、非晶質シリコン層は結晶質シリコン層に比べて抵抗が高く、透明導電膜と薄膜光電変換ユニットの接合界面における接触抵抗を十分に下げることができない。

また、非特許文献１には、酸化亜鉛の透明導電膜／ｐ型結晶質シリコン層／ｐ型非晶質シリコン層の積層構造が開示されている。この構造によれば、ｐ型結晶質シリコン層の導電性が高いので、透明導電膜と薄膜光電変換ユニットの接合界面における接触抵抗は改善される。この場合に、薄膜光電変換装置として高い変換効率を得るために、そのｐ型結晶質シリコン層は極力薄い層であることが必要である。しかし、酸化亜鉛の透明導電膜上に良好な膜質の薄いｐ型結晶質シリコン層を直接形成するのは困難であるので、十分な変換効率が得られていない。

更に、特許文献２では、酸化亜鉛の透明導電膜に隣接するｐ型半導体層は、その透明導電膜上に順次積層された第１非晶質半導体層、結晶質半導体層、及び第２非晶質半導体層を含むこと特徴としており、特に第１非晶質半導体層を極薄の非晶質シリコンカーバイド層にすることによってｉ型半導体層への入射光量の減少を改善する事が開示されている。この場合、第１非晶質半導体層が結晶質半導体層の膜質を改善する下地層としての効果も生じ、結果として透明導電膜と薄膜光電変換ユニットとの接合界面における接触抵抗が改善される。しかし、第１非晶質半導体層は極薄であっても抵抗が高く、透明導電膜と薄膜光電変換ユニットとの接合界面における接触抵抗の低減には不十分である。
特開平１１−３４０４８５号公報国際公開第２００５／１０９５２６号パンフレット T. Roschek et al., Proc. 16th Euro PVSEC. (2000), No:[478]VB1/39

上述のような先行技術における課題に鑑み、本発明は、酸化亜鉛の透明導電膜と薄膜光電変換ユニットとの間に良好な接合界面を形成する方法を提供し、ひいては変換効率の高い薄膜光電変換装置を提供することを目的としている。

本発明によれば、酸化亜鉛の透明導電膜上に、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、およびｎ型半導体層が順次積層された薄膜光電変換ユニットの少なくとも１つを含む薄膜光電変換装置の製造方法において、透明導電膜に接する薄膜光電変換ユニット中のｐ型半導体層は透明導電膜上に第１のｐ型結晶質半導体層、第２のｐ型結晶質半導体層、及びｐ型非晶質半導体層をプラズマＣＶＤによって順次積層することによって形成され、第１ｐ型結晶質半導体層の形成と第２ｐ型結晶質半導体層の形成との間においてプラズマＣＶＤの放電が所定時間だけ停止されることを特徴としている。

なお、第１ｐ型結晶質半導体層をプラズマＣＶＤで形成する際に導入される反応ガスに含まれるｐ導電型決定不純物の濃度は、第２ｐ型結晶質半導体層を形成する際に比べて小さいことが好ましい。

また、本発明によれば、酸化亜鉛の透明導電膜上に、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層が順次積層された薄膜光電変換ユニットを少なくとも１つを含む薄膜光電変換装置において、透明導電膜に接する薄膜光電変換ユニット中のｐ型半導体層は透明導電膜上に順次積層された第１のｐ型結晶質半導体層、第２のｐ型結晶質半導体層、及びｐ型非晶質半導体層を含み、第１ｐ型結晶質半導体層は第２ｐ型結晶質半導体層に比べて少ないｐ型導電型決定不純物濃度を有することを特徴としている。

以上のような本発明によれば、第１のｐ型結晶質半導体層が第２のｐ型結晶質半導体層の結晶化度を向上させ、透明導電膜と薄膜光電変換ユニットとの間に良好な接合界面を形成することができる。また、ｐ型である第１結晶質半導体層及び第２結晶質半導体層による光吸収ロスが少なく、光電変換に寄与するｉ型半導体層への入射光量が増大するので、薄膜光電変換装置の変換効率を改善することができる。

以下において本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお本願の図面において、厚さや長さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のため適宜変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。

図１は、本発明による薄膜光電変換装置の一例を模式的な断面図で示している。この薄膜光電変換装置１において、透明絶縁基板２としては、例えばガラス板や透明樹脂フィルムなどを用いることができる。そのガラス板としては、両主面が平滑なソーダライム板ガラスを用いることができる。ソーダライム板ガラスはＳiＯ₂、Ｎａ₂Ｏ及びＣａＯを主成分とし、透明性と絶縁性が高くて、大面積の板を安価に入手することができる。透明絶縁基板２の一方の主面上に透明導電膜３、光電変換ユニット４、および裏面電極５が積層され、他方の主面側から入射した太陽光等の光が光電変換される。なお、図１においては透明導電膜３と裏面電極５との間にただ一つの光電変換ユニットが示されているが、複数のユニットが積層され多接合型の光電変換装置であってもよいことは言うまでもない。

透明導電膜３は酸化亜鉛（以下、ＺｎＯとも記す）から成り、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法を用いて形成されることが好ましい。透明導電膜３は、入射光の散乱を増大させる効果を生じる表面凹凸構造を有することが望ましい。透明導電膜３の微細な表面凹凸構造の特性は、光学的な散乱の割合を示すヘイズ率と凹凸形状の指標である表面面積比とによって特徴付けられる。ただし、一般的にはヘイズ率が大きいほど表面面積比も大きくなるが、必ずしもヘイズ率と表面面積比とは相関しない。なお、表面面積比の定義の詳細については、K. J. Stout et al. "The development of methods for characterization of roughness on three dimensions", Publication no.EUR 15178 EN of the Commission of the European Communities, Lucembourg, 1994 を参照されたい。

表面面積比は２０〜８０％の範囲内にあることが好ましく、３０〜６０％の範囲内がより好ましい。表面面積比が２０％未満であれば十分な光散乱効果が得られず、他方８０％より大きければ透明導電膜３と薄膜光電変換ユニット４との良好な接合が得られにくい。また、表面面積比が大き過ぎる場合には小さい凹凸が多く存在するので、その上に形成される薄膜光電変換ユニット４の成長が不均一になって漏れ電流の原因となり、開放電圧（Ｖｏｃ）および曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の大幅な低下を引き起こす。

薄膜光電変換ユニット４は、透明導電膜３上に順次積層された第１ｐ型結晶質半導体層４１、第２ｐ型結晶質半導体層４２、ｐ型非晶質半導体層４３、ｉ型半導体層４４、及びｎ型半導体層４５を含んでいる。これらの半導体層４１−４５は、いずれもプラズマＣＶＤ法によって形成することができる。

第１ｐ型結晶質半導体層４１及び第２ｐ型結晶質半導体層４２は、例えば、シリコン、シリコンカーバイド、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコンゲルマニウム等の結晶質シリコン合金にボロンやアルミニウム等のｐ導電型決定不純物原子をドープすることによって形成することができる。同様に、ｐ型非晶質半導体層４３も、シリコン、シリコンカーバイド、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコンゲルマニウム等の非晶質シリコン合金にボロンやアルミニウム等のｐ型導電型決定不純物原子をドープすることによって形成することができる。ｉ型半導体層４４は、例えば非晶質または結晶質のシリコン系半導体材料で形成することができ、そのような材料としては、真性半導体のシリコン（水素化シリコン等）やシリコンカーバイド、さらにはシリコンゲルマニウム等のシリコン合金等を用いることができる。また、微量の導電型決定不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型のシリコン系半導体材料も、光電変換機能を十分に備えていれば、ｉ型半導体層４４に用いられ得る。ｎ型半導体層４５は、シリコン、シリコンカーバイド、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に燐や窒素等のｎ導電型決定不純物原子をドープすることによって形成することができる。

本発明における重要な特徴の一つとして、プラズマＣＶＤによって第１ｐ型結晶質半導体層４１が堆積された後に一旦プラズマ放電を停止させ、その後に再度放電を開始することによって第２ｐ型結晶質半導体層４２が堆積される。このように不連続な放電を採用することによって、理由は明らかではないが、放電が同一条件であっても連続放電の場合に比べて第２ｐ型結晶質半導体層４２の結晶成長が容易になる。

また、第１ｐ型結晶質半導体層４１は、第２ｐ型結晶質半導体層４２に比べて少ないｐ導電型決定不純物がドープされることが好ましい。これは、第１ｐ型結晶質半導体層４１中のｐ導電型決定不純物が少なければその第１ｐ型結晶質半導体層４１の結晶性が高くなり、その上に形成される第２ｐ型結晶質半導体層４２の結晶性もより高くなるからである。このｐ導電型決定不純物の濃度は二次イオン質量分光法などによって測定することができ、プラズマＣＶＤにおけるシリコン化合物ガスに対するｐ型導電型決定不純物を含むガスの流量比からも推定され得る。

さらに、第１ｐ型結晶質半導体層４１は、高密度水素プラズマによる透過率の低下を抑制するために、なるべく短時間で１０ｎｍ以下の厚さに形成することが好ましい。

裏面電極層５は電極としての機能を有するだけでなく、薄膜光電変換ユニット４内で吸収されずに透過して来た光をその光電変換ユニット４内へ再入射させる反射層としての機能も有している。すなわち、裏面電極層５は、透明反射層５１と金属電極膜の裏面反射層５２とを含んでいる。透明反射層５１にはＺｎＯ、ＩＴＯ等の金属酸化物が用いられ、裏面反射層５２にはＡｇ、Ａｌ等の金属単体、またはそれらの合金が好ましく用いられる。裏面電極層５の形成においては、スパッタ、蒸着等の方法が好ましく用いられる。

以下において、本発明の幾つかの実施例による薄膜光電変換装置が、図を参照しつつ、幾つかの比較例とともに説明される。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１を参照して説明された本発明の実施形態に対応して、実施例１として単接合シリコン系薄膜光電変換装置１を形成した。まず、白板ガラスの透明絶縁基板２の一主面上に、微細な表面凹凸を有するＺｎＯ透明導電膜３を熱ＣＶＤ法により形成した。透明導電膜３の表面面積比は５５％であった。

次に、透明導電膜３が形成された透明絶縁基板２を高周波プラズマＣＶＤ装置内に導入して所定の温度に加熱した後、シラン、水素、及びジボランを１：２３０：３．１５の流量比で導入し、透明導電膜３上に第１ｐ型結晶質半導体層４１を４ｎｍの設定膜厚に形成し、その後に３０秒間だけプラズマ放電を一旦停止させた後に再度放電を再開して第２ｐ型結晶質半導体層４２を６ｎｍの設定膜厚に形成し、更にシラン、水素、ジボラン、及びメタンを１：５０：２．２：２の流量比で導入して設定膜厚８ｎｍで成膜した後にジボラン及びメタンの供給を停止して更に設定膜厚５ｎｍで成膜することによって総設定膜厚１３ｎｍの第３ｐ型非晶質半導体層４３を形成した。

第３ｐ型非晶質半導体層４３の形成後には、シランを導入してｉ型非晶質シリコン層４４を設定膜厚３００ｎｍに形成し、その後にシラン、水素、及びホスフィンを１：１５０：５の流量比で導入してｎ型半導体層４５を設定膜厚２０ｎｍに形成してシリコン系光電変換ユニット４を完成させた。

なお、上述のガス流量比で流されている各ガスの濃度は、シランが１００％、水素が１００％、ジボランが水素希釈の０．１％、メタンが１００％、ホスフィンが水素希釈の０．５％であり、以後同様である。

表１において、本実施例１による第１ｐ型結晶質半導体層４１と第２ｐ型結晶質半導体層４２に関する反応ガス流量比と膜厚を示している。

なお、光電変換ユニット４中の各層の設定膜厚は以下のように決定した。すなわち、光電変換ユニット４に含まれる各層が個別の白板ガラス基板上にそれぞれ単層で３００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の厚さに形成され、分光エリプソメトリによってそれぞれ単層の膜厚を算出し、その膜厚から形成速度を一定と仮定して成膜速度を算出した。以上のようにして得られた各層の成膜速度が透明導電膜３上やその上に形成された他の膜上に形成される場合にも変化せずに一定であると仮定して、成膜時間から設定膜厚を決定した。なお、結晶質か非晶質の判断は、上述のように個別の白板ガラス基板上形成されたそれぞれ単層についてラマン散乱分光法による散乱強度の波数スペクトル依存性を測定し、５２０ｃｍ^-1付近にピークを有するものを結晶質と判断し、４８０ｃｍ^-1付近に緩やかなピークを有するものを非晶質と判断した。

光電変換ユニット４上には、透明反射層５１としてスパッタ法にて厚さ９０ｎｍのＺｎＯ層を形成し、その上に同じくスパッタ法にて裏面反射層５２として厚さ２００ｎｍのＡｇ層を形成して裏面電極膜５を構成した。

裏面電極膜５の形成後、ＺｎＯ導電膜３上の複数層の所定領域をレーザースクライブ法によって除去して１ｃｍ²サイズに分離を行い、単接合シリコン系薄膜光電変換装置１（受光面積１ｃｍ²）を作製した。

以上のようにして得られた実施例１の単接合シリコン系薄膜光電変換装置１にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して光電変換特性を測定したところ、開放電圧（Ｖｏｃ）が０．９０３Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が１７．５３ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が０．７２２、そして初期変換効率が１１．４％であった。表２において、本実施例１による種々の光電変換特性値を示している。

（実施例２）
本発明の実施例２は、実施例１に比べて、第１ｐ型結晶質半導体層４１の形成時にシラン：水素：ジボランのガス流量比が１：２３０：１．２５に変更されていることのみにおいて異なっていた。表１において、実施例２による第１ｐ型結晶質半導体層４１と第２ｐ型結晶質半導体層４２に関するガス流量比と膜厚を示している。

この実施例２による単接合シリコン系薄膜光電変換装置１にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して光電変換特性を測定したところ、開放電圧（Ｖｏｃ）が０．９０５Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が１７．８９ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が０．７３９、そして初期変換効率が１２．０％であった。表２において、実施例２による種々の光電変換特性値を示している。

実施例２では、実施例１に比べて、第１ｐ型結晶質半導体層４１の結晶性が向上し、それに伴って第２ｐ型結晶質半導体層４２の結晶性も向上し、透明導電膜３と薄膜光電変換ユニット４とのより良好な接合が得られたと考えられる。その結果、実施例２では、実施例１に比べても、開放電圧（Ｖｏｃ）が向上し、シリーズ抵抗が小さくなることによって曲線因子（Ｆ．Ｆ．）も向上している。また、実施例２では、実施例１と比べて、第１ｐ型結晶質半導体層４１の形成時のジボラン流量比が小さいので、第１ｐ型結晶質半導体層４１内のボロン濃度が低くて透明度も向上したと考えられ、その結果として短絡電流密度（Ｊｓｃ）も向上し、高い初期変換効率が得られている。

（実施例３）
本発明の実施例３は、実施例１に比べて、第１ｐ型結晶質半導体層４１の形成時にシラン：水素：ジボランのガス流量比が１：２３０：０．５に変更されていることのみにおいて異なっていた。表１において、実施例３による第１ｐ型結晶質半導体層４１と第２ｐ型結晶質半導体層４２に関するガス流量比と膜厚を示している。

この実施例３の単接合シリコン系薄膜光電変換装置１にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して光電変換特性を測定したところ、開放電圧（Ｖｏｃ）が０．９０６Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が１７．９５ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が０．７１２、そして初期変換効率が１１．６％であった。表２において、実施例３による種々の光電変換特性値を示している。

実施例３では、第１ｐ型結晶質半導体層４１の結晶性が実施例２に比べても更に向上し、それに伴って第２ｐ型結晶質半導体層４２の結晶性も更に向上したと考えられる。しかし、実施例３では、第１ｐ型結晶質半導体層４１のボロン濃度が低すぎるので、第１ｐ型結晶質半導体層４１の導電性が下がって、透明導電膜３と薄膜光電変換ユニット４との接触抵抗がやや大きくなったと考えられる。その結果、実施例３においては、開放電圧（Ｖｏｃ）が実施例２に比べても向上しているが、他方でシリーズ抵抗がやや大きくなることによって曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が実施例１に比べても低下している。また、実施例３においては、第１p型結晶質半導体層４１内のボロン濃度が実施例２に比べても低くて透明度も更に向上したと考えられ、その結果として短絡電流密度（Ｊｓｃ）が実施例２に比べても向上している。総合的な結果として、実施例３においては、実施例１に比べて高い初期変換効率が得られているが、実施例２と比較すればわずかに低下している。

（比較例１）
比較例１は、実施例１に比べて、第１ｐ型結晶質半導体層４１の厚さが１０ｎｍに変更されて、第２ｐ型結晶質半導体層４２が省略されたことのみにおいて異なっていた。表１において、比較例１による第１ｐ型結晶質半導体層４１と第２ｐ型結晶質半導体層４２に関するガス流量比と膜厚を示している。

この比較例１の単接合シリコン系薄膜光電変換装置１にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して光電変換特性を測定したところ、開放電圧（Ｖｏｃ）が０．８８０Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が１７．４３ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が０．６６３、そして初期変換効率が１０．２％であった。表２において、比較例１による種々の光電変換特性値を示している。

比較例１では、実施例１に比べて、第１ｐ型結晶質半導体層４１の結晶性が不十分となって、透明導電膜３と薄膜光電変換ユニット４と間で良好な接合が得られていないと考えられる。その結果として、比較例１においては、いずれの実施例と比べても、開放電圧（Ｖｏｃ）が低く、またシリーズ抵抗が大きくなることによって曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が低下し、そして初期変換効率の顕著な低下が見られる。

（比較例２）
比較例２は、実施例２に比べて、第１ｐ型結晶質半導体層４１の厚さが１０ｎｍに変更されて、第２ｐ型結晶質半導体層４２が省略されたことのみにおいて異なっていた。表１において、比較例２による第１ｐ型結晶質半導体層４１と第２ｐ型結晶質半導体層４２に関するガス流量比と膜厚を示している。

この比較例２の単接合シリコン系薄膜光電変換装置１にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して光電変換特性を測定したところ、開放電圧（Ｖｏｃ）が０．８８２Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が１７．７７ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が０．６７５、そして初期変換効率が１０．６％であった。表２において、比較例１による種々の光電変換特性値を示している。

比較例２においては、実施例２に比べて、第１ｐ型結晶質半導体層４１の結晶性が不十分となって、透明導電膜３と薄膜光電変換ユニット４と間で良好な接合が得られていないと考えられる。その結果として、比較例２においては、いずれの実施例と比べても、開放電圧（Ｖｏｃ）が低く、またシリーズ抵抗が大きくなることによって曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が低下し、そして初期変換効率の顕著な低下が見られている。

以上のような本発明によれば、酸化亜鉛の透明導電膜と薄膜光電変換ユニットとの間に良好な接合界面を形成することによって、変換効率の高い薄膜光電変換装置を提供することができる。

本発明による単接合シリコン系薄膜光電変換装置の一例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１薄膜光電変換装置、２透明絶縁基板、３透明導電膜、４薄膜光電変換ユニット、４１第１ｐ型結晶質半導体層、４２第２ｐ型結晶質半導体層、４３ｐ型非晶質半導体層、４４ｉ型半導体層、４５ｎ型半導体層、５裏面電極層、５１透明反射層、５２裏面反射層。

Claims

酸化亜鉛の透明導電膜上に、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、およびｎ型半導体層が順次積層された薄膜光電変換ユニットの少なくとも１つを含む薄膜光電変換装置の製造方法であって、
前記透明導電膜に接する前記薄膜光電変換ユニット中の前記ｐ型半導体層は、前記透明導電膜上に第１のｐ型結晶質半導体層、第２のｐ型結晶質半導体層、及びｐ型非晶質半導体層をプラズマＣＶＤによって順次積層することによって形成され、
前記第１ｐ型結晶質半導体層の形成と前記第２ｐ型結晶質半導体層の形成との間において、前記プラズマＣＶＤの放電が所定時間だけ停止されることを特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。
前記第１ｐ型結晶質半導体層を前記プラズマＣＶＤで形成する際に導入される反応ガスに含まれるｐ導電型決定不純物の濃度は、前記第２ｐ型結晶質半導体層を形成する際に比べて小さいことを特徴とする請求項１記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
酸化亜鉛の透明導電膜上に、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層が順次積層された薄膜光電変換ユニットを少なくとも１つを含む薄膜光電変換装置であって、
前記透明導電膜に接する前記薄膜光電変換ユニット中の前記ｐ型半導体層は、前記透明導電膜上に順次積層された第１のｐ型結晶質半導体層、第２のｐ型結晶質半導体層、及びｐ型非晶質半導体層を含み、前記第１ｐ型結晶質半導体層は第２ｐ型結晶質半導体層に比べて少ないｐ型導電型決定不純物濃度を有することを特徴とする薄膜光電変換装置。