JP2012238829A - 光電変換装置とその製造方法、および光電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1p型半導体層4aと第1n型半導体層4dを有する第1光電変換層4と、第2p型半導体層6dと第2n型半導体層6cを有する第2光電変換層6との間に中間層5を設け、中間層5はバンドギャップが1.5eV以上のn型透明導電性酸化膜5aとp型透明導電性酸化膜5bとを備え、n型透明導電性酸化膜5aは、第1n型半導体層4dに接して配置され、p型透明導電性酸化膜5bは、第2p型半導体層6dに接して配置され、p型透明導電性酸化膜5bがn型透明導電性酸化膜5aと接する界面またはp型透明導電性酸化膜5bが第2p型半導体層6dと接する界面のうち少なくとも一方の界面の付近に形成されたフリーキャリアの濃度が1×1018cm−3以下である低キャリア濃度領域の膜厚方向の幅が5nm以下である。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態1の概略構成を示す断面図である。図1において、光電変換装置1は、絶縁性および透光性を有する基板2上に、微細な凹凸である表面テクスチャ構造を有する透明電極3、非晶質Si光電変換層4、中間層5、微結晶Si光電変換層6、裏面電極7が順に積層されている。また、基板2上には不純物の阻止層として、必要に応じてアンダーコート層8を形成してもよい。なお、アンダーコート層8の材料は、シリコン酸化膜を用いることができる。
実施の形態2では、実施の形態1で説明した構成を有する光電変換装置において、p型透明導電性酸化膜5bとしてZnM2O4(MはCo,Rh,Irのいずれか1つ)系の膜のうちZnIr2O4膜を用いる。中間層5の形成においては、まず、実施の形態1の場合と同様にしてn型非晶質Si半導体層4d上にn型透明導電性酸化膜5aとしてのAlをドープしたZnO層を成膜する。すなわち、まずn型透明導電性酸化膜5aのn型ドーパント濃度を次に形成するp型透明導電性酸化膜5bとの界面側の表面に向かって増加させてn型透明導電性酸化膜5aを成膜する。
実施の形態3では、上述した実施の形態2における中間層5の形成において、p型透明導電性酸化膜5bの成膜時に、ターゲットにZnM2O(4+x)(MはCo、Ir、Rhのいずれか1つ、x≧1)からなる過剰に酸素を含んだターゲットを用いる場合について説明する。一例として、ここでは、ZnIr2O5を用いる。
実施の形態4では、上述した実施の形態1〜実施の形態3の中間層5の形成において、p型透明導電性酸化膜5bの成膜前におけるp型透明導電性酸化膜5b成膜用のターゲットのプリスパッタリングを、実質的に酸素ガスを含まないガス雰囲気で行う場合について説明する。
実施の形態5では、上述した実施の形態1〜実施の形態4の中間層5の形成において、p型透明導電性酸化膜5b成膜時にRFスパッタリング法を用いて、少なくともネオン(Ne)を含むガス雰囲気で成膜を行う場合について説明する。RFスパッタリング法によりn型透明導電性酸化膜5a上にp型透明導電性酸化膜5bを成膜する際に、n型透明導電性酸化膜5aとの界面に近い膜厚2nmの成膜時には、Neガスを15sccmの流量で供給する(第1段階)。その後、Neガス10sccmと酸素5sccmの混合供給を行った状態で残りの膜厚分のp型透明導電性酸化膜5bを成膜する(第2段階)。
実施の形態6では、実施の形態1で説明した構成を有する光電変換装置において、p型透明導電性酸化膜5bとしてp型キャリアを生成するためにLiがドーピングされたZnxMg(1−x)O膜を用いる。中間層5の形成においては、まず実施の形態1の場合と同様にしてn型非晶質Si半導体層4d上にn型透明導電性酸化膜5aとしてのAlをドープしたZnO層を成膜する。すなわち、まずn型透明導電性酸化膜5aのn型ドーパント濃度を、次に形成するp型透明導電性酸化膜5bとの界面側の表面に向かって増加させてn型透明導電性酸化膜5aを成膜する。
上述した中間層5の形成において、各層の界面付近の成膜では前の層の表面が成膜条件の異なる次の層の成膜に晒されるため、次の層の成膜に影響されて界面付近が高抵抗化する虞がある。そこで、実施の形態7では、上述した中間層5の形成方法において、RFスパッタリング法によるp型透明導電性酸化膜5bの成膜時に印加するRFパワーを2段階以上に変化させる。
上述した中間層5の形成において、各層の界面付近の成膜では前の層の表面が成膜条件の異なる次の層の成膜に晒されるため、次の層の成膜に影響されて界面付近が高抵抗化する虞がある。そこで、実施の形態8では、上述した中間層5の形成方法において、RFスパッタリング法によるp型透明導電性酸化膜5bの成膜時にターゲット−基板間距離を2段階以上に変化させる。
実施の形態9では、上述した実施の形態1における中間層5の形成において、n型透明導電性酸化膜5aとしてはZnをドープしたIn2O3層(インジウム酸化物を主成分に酸化亜鉛を少量含む材料、以下にInZnOと記述)を、p型透明導電性酸化膜5bとしてはLiをドープしたNiO層を用いる。成膜時の雰囲気は、Arに流量比で5%の窒素(N)を添加した雰囲気とした。成膜時の雰囲気に窒素を添加することにより、n型透明導電性酸化膜5aやp型透明導電性酸化膜5bに窒素がドーピングされる。中間層5の形成においては、まず、n型非晶質Si半導体層4d上にn型透明導電性酸化膜5aとしてのInZnO層を成膜した。
2 基板
3 透明電極
4 非晶質Si光電変換層
4a p型非晶質Si半導体層
4b i型非晶質Si半導体層
4c n型非晶質Si半導体層
4d n型非晶質Si半導体層
5 中間層
5a n型透明導電性酸化膜
5b p型透明導電性酸化膜
6 微結晶Si光電変換層
6a p型微結晶Si半導体層
6b i型微結晶Si半導体層
6c n型微結晶Si半導体層
6d p型微結晶Si半導体層
7 裏面電極
8 アンダーコート層
11 透明導電層
12a 低キャリア濃度領域
12b 低キャリア濃度領域
Claims (18)
- 第1p型半導体層と第1n型半導体層とを有する第1光電変換層と、
第2p型半導体層と第2n型半導体層とを有するとともに、前記第1光電変換層と光吸収波長特性が異なる第2光電変換層と、
前記第1n型半導体層と前記第2p型半導体層との間の前記第1n型半導体層に接する側に配置され、バンドギャップが1.5eV以上のn型透明導電性酸化膜と、
前記第1n型半導体層と前記第2p型半導体層との間の前記第2p型半導体層に接する側に前記n型透明導電性酸化膜とpn接合を形成するように配置され、バンドギャップが1.5eV以上のp型透明導電性酸化膜と、
を備え、
前記p型透明導電性酸化膜が前記n型透明導電性酸化膜と接する界面または前記p型透明導電性酸化膜が、前記第2p型半導体層と接する界面のうち少なくとも一方の界面の付近に形成されたフリーキャリアの濃度が1×1018cm−3以下である低キャリア濃度領域の膜厚方向の幅が5nm以下であること、
を特徴とする光電変換装置。 - 前記n型透明導電性酸化膜のn型ドーパント濃度が、膜厚方向において前記p型透明導電性酸化膜との界面に向かって増加していること、
を特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記p型透明導電性酸化膜のp型ドーパント濃度が、膜厚方向において前記n型透明導電性酸化膜との界面に向かって増加していること、
を特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。 - 前記n型透明導電性酸化膜の基材は、ZnO、ZnをドープしたIn2O3、SnをドープしたIn2O3、またはInGaZnOであること、
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記p型透明導電性酸化膜の基材は、NiO、Cu2O、ZnM2O4(M=Co,Rh,Ir)またはZnMgOであること、
を特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記p型透明導電性酸化膜および前記n型透明導電性酸化膜の少なくとも一方にN、P、As、Sbのうちのいずれか1種以上の元素がドーピングされていること、
を特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 第1p型半導体層と第1n型半導体層とを有する第1光電変換層と、
第2p型半導体層と第2n型半導体層とを有するとともに、前記第1光電変換層と光吸収波長特性が異なる第2光電変換層と、
前記第1n型半導体層と前記第2p型半導体層との間の前記第1n型半導体層に接する側に配置され、バンドギャップが1.5eV以上のn型透明導電性酸化膜と、
前記第1n型半導体層と前記第2p型半導体層との間の前記第2p型半導体層に接する側に前記n型透明導電性酸化膜とpn接合を形成するように配置され、バンドギャップが1.5eV以上のp型透明導電性酸化膜と、
を備え、
前記p型透明導電性酸化膜および前記n型透明導電性酸化膜の少なくとも一方にN、P、As、Sbのうちのいずれか1種以上がドーピングされていること、
を特徴とする光電変換装置。 - 前記n型透明導電性酸化膜および前記p型透明導電性酸化膜のキャリア濃度は、1×1019cm−3以上であること、
を特徴とする請求項7に記載の光電変換装置。 - 前記ドーピングされた元素の濃度は、前記p型透明導電性酸化膜または前記n型透明導電性酸化膜内の酸素と前記ドーピングされた元素との合計を基準にして0.1原子%〜5原子%であること、
を特徴とする請求項7または8に記載の光電変換装置。 - 前記n型透明導電性酸化膜の基材は、インジウム酸化物を主成分とする材料であること、
を特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記p型透明導電性酸化膜の基材は、NiO、ZnM2O4(M=Co,Rh,Ir)またはCu2Oであること、
を特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 基板上に第1p型半導体層と第1n型半導体層とをこの順で有する第1光電変換層を形成する第1工程と、
バンドギャップが1.5eV以上のn型透明導電性酸化膜を前記第1n型半導体層上に形成する第2工程と、
バンドギャップが1.5eV以上のp型透明導電性酸化膜を前記n型透明導電性酸化膜上に形成する第3工程と、
第2p型半導体層と第2n型半導体層とを有する第2光電変換層を前記第2p型半導体層が前記p型透明導電性酸化膜に接するように形成する第4工程とを備え、
前記p型透明導電性酸化膜が前記n型透明導電性酸化膜と接する界面または前記p型透明導電性酸化膜が前記第2p型半導体層と接する界面のうち少なくとも一方の界面の付近に形成されてフリーキャリアの濃度が1×1018cm−3以下である低キャリア濃度領域の膜厚方向の幅を5nm以下とすること、
を特徴とする光電変換装置の製造方法。 - 前記第3工程では、スパッタリング法を用いて前記p型透明導電性酸化膜を成膜し、成膜時の酸素供給量を成膜初期から定常状態までにおいて増加させること、
を特徴とする請求項12に記載の光電変換装置の製造方法。 - 前記第3工程では、スパッタリング法により前記p型透明導電性酸化膜を成膜し、酸素ガスを含まないガス雰囲気で前記p型透明導電性酸化膜を成膜する過程が含まれること、
を特徴とする請求項12または13に記載の光電変換装置の製造方法。 - 前記第3工程では、スパッタリング法により前記p型透明導電性酸化膜を成膜し、前記p型透明導電性酸化膜の成膜用のターゲットのプリスパッタリングを酸素ガスを含まないガス雰囲気で行うこと、
を特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の光電変換装置の製造方法。 - 前記第3工程では、スパッタリング法により前記p型透明導電性酸化膜を成膜して前記n型透明導電性酸化膜と前記p型透明導電性酸化膜よりなるnp接合を形成する際に、雰囲気ガスとしてArに加えて窒素またはNH3を添加したガスを用いること、
を特徴とする請求項12〜15のいずれか1項に記載の光電変換装置の製造方法。 - 前記第3工程では、スパッタリング法により前記p型透明導電性酸化膜を成膜し、前記p型透明導電性酸化膜の成膜用のスパッタリングターゲット中にあらかじめAlN、TiN、GaNのうちのいずれかを混入させておくこと、
を特徴とする請求項12〜16のいずれか1項に記載の光電変換装置の製造方法。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載の光電変換装置の少なくとも2つ以上が電気的に直列または並列に接続されてなること、を特徴とする光電変換モジュール。
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