JP3437386B2 - 光起電力素子、並びにその製造方法 - Google Patents
光起電力素子、並びにその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非単結晶半導体を
用いた光起電力素子、及びプラズマＣＶＤ法による光起
電力素子の非単結晶半導体層を連続的に形成する方法に
関するものである。特にロール・ツー・ロール装置を用
いた太陽電池等の光起電力素子を大量生産する方法に関
するものである。
用いた光起電力素子、及びプラズマＣＶＤ法による光起
電力素子の非単結晶半導体層を連続的に形成する方法に
関するものである。特にロール・ツー・ロール装置を用
いた太陽電池等の光起電力素子を大量生産する方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】非晶質半導体を用いた光起電力素子の光
電変換効率の向上の手段としては、さまざまな方法があ
るが、例えば、ｐｉｎ型の半導体接合を用いた光起電力
素子を構成するｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導
体層、透明電極、裏面電極等のそれぞれの層の特性を向
上させる必要がある。特に、ｐ型半導体層やｎ型半導体
層などのいわゆるドーピング層については、まず、活性
化したアクセプターあるいはドナーの密度が高く、活性
化エネルギーが小さいことが要求される。それに依っ
て、ｐｉｎ接合を形成したときの拡散電位（ビルトイン
ポテンシャル）が大きくなり、光起電力素子の開放電圧
（Ｖｏｃ）が大きくなって、光電変換効率が向上する。
電変換効率の向上の手段としては、さまざまな方法があ
るが、例えば、ｐｉｎ型の半導体接合を用いた光起電力
素子を構成するｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導
体層、透明電極、裏面電極等のそれぞれの層の特性を向
上させる必要がある。特に、ｐ型半導体層やｎ型半導体
層などのいわゆるドーピング層については、まず、活性
化したアクセプターあるいはドナーの密度が高く、活性
化エネルギーが小さいことが要求される。それに依っ
て、ｐｉｎ接合を形成したときの拡散電位（ビルトイン
ポテンシャル）が大きくなり、光起電力素子の開放電圧
（Ｖｏｃ）が大きくなって、光電変換効率が向上する。
【０００３】次に、ドーピング層は基本的に光電流の発
生に寄与しないため、光電流を発生させるｉ型半導体層
への光入射を極力妨げないことが要求される。そこで、
ドーピング層による吸収を少なくするために、光学的バ
ンドギャップを広くすることと、ドーピング層の膜厚を
薄くすることが重要である。以上のような特性を備えた
ドーピング層の材料として例えば、Ｓｉ，ＳｉＣ，Ｓｉ
Ｎ，ＳｉＯ等のIV族半導体材料が挙げられ、非晶質ある
いは微結晶の形態のものが研究されてきた。中でも、吸
収係数の小さいことから、光学的バンドギャップの大き
いIV族半導体合金材料が、また吸収係数が小さく活性化
エネルギーが小さいことから、微結晶あるいは多結晶の
半導体材料が好適であると考えられてきた。また、一
方、ドーピング層とｉ型半導体層との間で形成されるホ
モあるいはヘテロｐｉｎ接合の、接合界面における界面
準位が少ないことが要求される。
生に寄与しないため、光電流を発生させるｉ型半導体層
への光入射を極力妨げないことが要求される。そこで、
ドーピング層による吸収を少なくするために、光学的バ
ンドギャップを広くすることと、ドーピング層の膜厚を
薄くすることが重要である。以上のような特性を備えた
ドーピング層の材料として例えば、Ｓｉ，ＳｉＣ，Ｓｉ
Ｎ，ＳｉＯ等のIV族半導体材料が挙げられ、非晶質ある
いは微結晶の形態のものが研究されてきた。中でも、吸
収係数の小さいことから、光学的バンドギャップの大き
いIV族半導体合金材料が、また吸収係数が小さく活性化
エネルギーが小さいことから、微結晶あるいは多結晶の
半導体材料が好適であると考えられてきた。また、一
方、ドーピング層とｉ型半導体層との間で形成されるホ
モあるいはヘテロｐｉｎ接合の、接合界面における界面
準位が少ないことが要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ｉ型半
導体層と微結晶または多結晶ｐ型半導体層との間の格子
整合性はよくないため接合界面準位が生じる。そのため
キャリヤ走行性、フィルファクター（ＦＦ）の低下は少
なからず存在し、その改善が課題となっていた。一方、
量産性を著しく向上させる方法としては、米国特許第
４，４００，４０９号明細書に、ロール・ツー・ロール
（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラ
ズマＣＶＤ法が開示されている。
導体層と微結晶または多結晶ｐ型半導体層との間の格子
整合性はよくないため接合界面準位が生じる。そのため
キャリヤ走行性、フィルファクター（ＦＦ）の低下は少
なからず存在し、その改善が課題となっていた。一方、
量産性を著しく向上させる方法としては、米国特許第
４，４００，４０９号明細書に、ロール・ツー・ロール
（Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ）方式を採用した連続プラ
ズマＣＶＤ法が開示されている。
【０００５】この方法によれば、長尺の帯状部材を基板
として、複数のグロー放電領城において必要とされる導
電型の半導体層を堆積形成しつつ、基板をその長手方向
に連続的に搬送することによって、半導体接合を有する
素子を連続形成することができるとされている。図８
は、ｎ、ｉ、ｐ型半導体層を順次積層してシングルセル
型の光起電力素子を形成するための典型的なロール・ツ
ー・ロール方式の連統プラズマＣＶＤ装置の概略図であ
る。図８において各部の名称は、８０１は堆積膜形成装
置の全体を示す。８０２は長尺の導電性磁性体帯状部
材、８０３は帯状部材の繰り出しチャンバー、８０４は
帯状部材の巻き取りチャンバー、８０５〜８０７は堆積
膜形成チャンバーで、８０５はｎ型層を、８０６はｉ型
層を、８０７はｐ型層を形成するチャンバーである。８
０８は放電空間である。８０９はガスゲート、８１０、
８１１はボビンである。
として、複数のグロー放電領城において必要とされる導
電型の半導体層を堆積形成しつつ、基板をその長手方向
に連続的に搬送することによって、半導体接合を有する
素子を連続形成することができるとされている。図８
は、ｎ、ｉ、ｐ型半導体層を順次積層してシングルセル
型の光起電力素子を形成するための典型的なロール・ツ
ー・ロール方式の連統プラズマＣＶＤ装置の概略図であ
る。図８において各部の名称は、８０１は堆積膜形成装
置の全体を示す。８０２は長尺の導電性磁性体帯状部
材、８０３は帯状部材の繰り出しチャンバー、８０４は
帯状部材の巻き取りチャンバー、８０５〜８０７は堆積
膜形成チャンバーで、８０５はｎ型層を、８０６はｉ型
層を、８０７はｐ型層を形成するチャンバーである。８
０８は放電空間である。８０９はガスゲート、８１０、
８１１はボビンである。
【０００６】図８を使って、半導体膜の形成手順を説明
する。堆積膜形成装置８０１は、両端に帯状部材８０２
の繰り出しチャンバー８０３および巻き取りチャンバー
８０４を配し、その間に複数の半導体層を形成するため
のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成チャンバー８０
５、８０６、８０７が、ガスゲート８０８を介して連な
って構成されている。ガスゲート８０８にはＨ2ガス等
の掃気ガスが導入され、両端の堆積膜形成チャンバーに
対して圧力障壁を形成し、チャンバー相互のガス拡散を
防止することができ、ロール・ツー・ロール方式成膜装
置の特徴となっている。各堆積膜形成チャンバーには、
材料ガスが供給され、高周波やマイクロ波電力の投入に
より放電空間８０９に放電を生起することができる。
又、各堆積膜形成チャンバーは排気手段と圧力調整弁を
有し、一定圧力の減圧状態に維持することができる。実
際の成膜では、繰り出しチャンバー８０３から長尺の帯
状部材８０２を繰り出しチャンバー８０４に張り渡し、
連続的に繰り出し移動させながら、各堆積膜形成チャン
バー８０５、８０６、８０７の放電空間で半導体層を順
次堆積形成することができる。また、タンデムセル型の
光起電力素子は、前記ｎ、ｉ、ｐ型層形成チャンバーを
繰り返し配列したチャンバー構成にすることにより作製
することができる。
する。堆積膜形成装置８０１は、両端に帯状部材８０２
の繰り出しチャンバー８０３および巻き取りチャンバー
８０４を配し、その間に複数の半導体層を形成するため
のプラズマＣＶＤ法による堆積膜形成チャンバー８０
５、８０６、８０７が、ガスゲート８０８を介して連な
って構成されている。ガスゲート８０８にはＨ2ガス等
の掃気ガスが導入され、両端の堆積膜形成チャンバーに
対して圧力障壁を形成し、チャンバー相互のガス拡散を
防止することができ、ロール・ツー・ロール方式成膜装
置の特徴となっている。各堆積膜形成チャンバーには、
材料ガスが供給され、高周波やマイクロ波電力の投入に
より放電空間８０９に放電を生起することができる。
又、各堆積膜形成チャンバーは排気手段と圧力調整弁を
有し、一定圧力の減圧状態に維持することができる。実
際の成膜では、繰り出しチャンバー８０３から長尺の帯
状部材８０２を繰り出しチャンバー８０４に張り渡し、
連続的に繰り出し移動させながら、各堆積膜形成チャン
バー８０５、８０６、８０７の放電空間で半導体層を順
次堆積形成することができる。また、タンデムセル型の
光起電力素子は、前記ｎ、ｉ、ｐ型層形成チャンバーを
繰り返し配列したチャンバー構成にすることにより作製
することができる。
【０００７】そこで、本発明は、このような量産性を著
しく向上させるロール・ツー・ロール装置を用いて非晶
質ｉ型層と微結晶の導電型層との間の接合界面が良好な
格子整合性を有し、優れた電流電圧特性と光電変換効率
を有する光起電力素子と、それを連続的に大量生産する
光起電力素子の製造方法を提供することを目的としてい
る。
しく向上させるロール・ツー・ロール装置を用いて非晶
質ｉ型層と微結晶の導電型層との間の接合界面が良好な
格子整合性を有し、優れた電流電圧特性と光電変換効率
を有する光起電力素子と、それを連続的に大量生産する
光起電力素子の製造方法を提供することを目的としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、光起電力素子、並びにその製造方法をつ
ぎのように構成したものである。すなわち、本発明の光
起電力素子は、半導体接合してなる素子によって構成さ
れた光起電力素子において、前記素子が、第１の導電型
半導体層、非晶質ｉ型半導体層、微結晶ｉ型半導体層、
及び微結晶からなる第２の導電型半導体層を含み、該第
２の導電型半導体層中の不純物濃度が最大となる領域の
不純物濃度は１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、該
不純物濃度は前記微結晶ｉ型半導体層に向かって減少す
る、ｐｉｎ接合をされていることを特徴としている。そ
して、本発明の光起電力素子は、その半導体層が主とし
てシリコンからなり、また、その非晶質ｉ型半導体層が
ゲルマニウムを含むことを特徴としている。また、本発
明の光起電力素子は、前記素子が複数のｐｉｎ接合を有
するように構成することを特徴としている。また、本発
明の光起電力素子は、前記第２の導電型半導体層が光入
射側に位置するように構成することを特徴としている。
また、それは前記第２の半導体層を微結晶ｐ型半導体層
としたことを特徴としている。また、それは前記微結晶
ｉ型半導体層の層厚は５０乃至１００Åとすることが好
ましい。また、それは前記微結晶ｐ型半導体層の層厚は
８０乃至１５０Åとすることが好ましい。また、それは
前記微結晶ｐ型半導体層の不純物濃度が最表面で１０21
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上あり、該不純物濃度は前記微結
晶ｉ型半導体層に向かって減少することを特徴としてい
る。また、それは前記微結晶ｉ型半導体層の原子密度が
１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下の領域が少なくとも３０
Å以上の厚みを有するように構成することが好ましい。
成するために、光起電力素子、並びにその製造方法をつ
ぎのように構成したものである。すなわち、本発明の光
起電力素子は、半導体接合してなる素子によって構成さ
れた光起電力素子において、前記素子が、第１の導電型
半導体層、非晶質ｉ型半導体層、微結晶ｉ型半導体層、
及び微結晶からなる第２の導電型半導体層を含み、該第
２の導電型半導体層中の不純物濃度が最大となる領域の
不純物濃度は１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であり、該
不純物濃度は前記微結晶ｉ型半導体層に向かって減少す
る、ｐｉｎ接合をされていることを特徴としている。そ
して、本発明の光起電力素子は、その半導体層が主とし
てシリコンからなり、また、その非晶質ｉ型半導体層が
ゲルマニウムを含むことを特徴としている。また、本発
明の光起電力素子は、前記素子が複数のｐｉｎ接合を有
するように構成することを特徴としている。また、本発
明の光起電力素子は、前記第２の導電型半導体層が光入
射側に位置するように構成することを特徴としている。
また、それは前記第２の半導体層を微結晶ｐ型半導体層
としたことを特徴としている。また、それは前記微結晶
ｉ型半導体層の層厚は５０乃至１００Åとすることが好
ましい。また、それは前記微結晶ｐ型半導体層の層厚は
８０乃至１５０Åとすることが好ましい。また、それは
前記微結晶ｐ型半導体層の不純物濃度が最表面で１０21
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上あり、該不純物濃度は前記微結
晶ｉ型半導体層に向かって減少することを特徴としてい
る。また、それは前記微結晶ｉ型半導体層の原子密度が
１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下の領域が少なくとも３０
Å以上の厚みを有するように構成することが好ましい。
【０００９】つぎに、本発明の光起電力素子の製造方法
は、長尺基板上に第１の導電型半導体層を形成し、非晶
質ｉ型半導体層を形成し、高周波プラズマＣＶＤ法によ
って微結晶ｉ型半導体層を形成し、高周波プラズマＣＶ
Ｄ法によって微結晶からなる第２の導電型半導体層中の
不純物濃度が最大となる領域の不純物濃度が１０21ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3以上となり、該不純物濃度は前記微結晶
ｉ型半導体層に向かって減少するように形成することを
特徴としている。また、それは、前記微結晶ｉ型半導体
層の形成はＳｉＨ4及びＨ2を原料ガスとし、該ＳｉＨ4
に対する該Ｈ2の供給量が５０倍以上であり、該原料ガ
スに印加する高周波電力の大きさが０．２Ｗ／ｃｍ2以
上であることが好ましい。また、それは、前記第２の半
導体層を微結晶ｐ型半導体層として形成したことを特徴
としている。また、それは、前記微結晶ｐ型半導体層の
形成はＳｉＨ4、Ｈ2、及びＢＦ3を原料ガスとし、該Ｓ
ｉＨ4に対する該Ｈ2の供給量が５０倍以上であり、該Ｓ
ｉＨ4に対する該ＢＦ3の供給量が１０乃至５０％であ
り、該原料ガスに印加する高周波電力の大きさが０．０
１乃至０．０３Ｗ／ｃｍ2とすることが好ましい。ま
た、前記微結晶ｉ型半導体層の形成温度は前記非晶質ｉ
型半導体層の形成温度以下であり、微結晶ｉ型半導体層
の形成温度は１８０乃至２４０℃とすることが好まし
い。また、それは前記非晶質ｉ型半導体層はマイクロ波
プラズマＣＶＤ法によって形成することを特徴としてい
る。また、それは前記非晶質ｉ型半導体層はマイクロ波
プラズマＣＶＤ法によって形成するｉ型層と、高周波プ
ラズマＣＶＤ法によって形成するｉ型層とを有すること
を特徴としている。
は、長尺基板上に第１の導電型半導体層を形成し、非晶
質ｉ型半導体層を形成し、高周波プラズマＣＶＤ法によ
って微結晶ｉ型半導体層を形成し、高周波プラズマＣＶ
Ｄ法によって微結晶からなる第２の導電型半導体層中の
不純物濃度が最大となる領域の不純物濃度が１０21ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3以上となり、該不純物濃度は前記微結晶
ｉ型半導体層に向かって減少するように形成することを
特徴としている。また、それは、前記微結晶ｉ型半導体
層の形成はＳｉＨ4及びＨ2を原料ガスとし、該ＳｉＨ4
に対する該Ｈ2の供給量が５０倍以上であり、該原料ガ
スに印加する高周波電力の大きさが０．２Ｗ／ｃｍ2以
上であることが好ましい。また、それは、前記第２の半
導体層を微結晶ｐ型半導体層として形成したことを特徴
としている。また、それは、前記微結晶ｐ型半導体層の
形成はＳｉＨ4、Ｈ2、及びＢＦ3を原料ガスとし、該Ｓ
ｉＨ4に対する該Ｈ2の供給量が５０倍以上であり、該Ｓ
ｉＨ4に対する該ＢＦ3の供給量が１０乃至５０％であ
り、該原料ガスに印加する高周波電力の大きさが０．０
１乃至０．０３Ｗ／ｃｍ2とすることが好ましい。ま
た、前記微結晶ｉ型半導体層の形成温度は前記非晶質ｉ
型半導体層の形成温度以下であり、微結晶ｉ型半導体層
の形成温度は１８０乃至２４０℃とすることが好まし
い。また、それは前記非晶質ｉ型半導体層はマイクロ波
プラズマＣＶＤ法によって形成することを特徴としてい
る。また、それは前記非晶質ｉ型半導体層はマイクロ波
プラズマＣＶＤ法によって形成するｉ型層と、高周波プ
ラズマＣＶＤ法によって形成するｉ型層とを有すること
を特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】非晶質ｉ型半導体層と微結晶化し
た第２の導電型層の格子整合性を向上させるために、微
結晶化したｉ型半導体層を非晶質ｉ型半導体層と該微結
晶化した第２の導電型層との間に設けることにより、格
子定数をなめらかに変化させ、もしくは、それを階段状
に徐々に、非晶質から微結晶へ層厚方向へと変化させる
ようにしたものである。すなわち、この微結晶ｉ型半導
体層は、非晶質ｉ型半導体層と比較して、微結晶の第２
の導電型層の格子定数に近いことから、微結晶の第２の
導電型層形成に対して良好な下地として機能し、第２の
導電型層の微結晶としての形成を促進するとともに、ボ
イドやクラック、ピンホール等の構造欠陥の少ない良
質、また均質な微結晶膜を形成することができる。ま
た、より高い不純物濃度の含有においてもその微結晶性
を確認することができる。それゆえに、この微結晶化し
たｉ型半導体層を用いることによって、第２の導電型層
の層厚をより薄くすることができ、光起電力素子の光電
変換特性においては、短絡電流の増加、フイルファクタ
ーが向上するものである。
た第２の導電型層の格子整合性を向上させるために、微
結晶化したｉ型半導体層を非晶質ｉ型半導体層と該微結
晶化した第２の導電型層との間に設けることにより、格
子定数をなめらかに変化させ、もしくは、それを階段状
に徐々に、非晶質から微結晶へ層厚方向へと変化させる
ようにしたものである。すなわち、この微結晶ｉ型半導
体層は、非晶質ｉ型半導体層と比較して、微結晶の第２
の導電型層の格子定数に近いことから、微結晶の第２の
導電型層形成に対して良好な下地として機能し、第２の
導電型層の微結晶としての形成を促進するとともに、ボ
イドやクラック、ピンホール等の構造欠陥の少ない良
質、また均質な微結晶膜を形成することができる。ま
た、より高い不純物濃度の含有においてもその微結晶性
を確認することができる。それゆえに、この微結晶化し
たｉ型半導体層を用いることによって、第２の導電型層
の層厚をより薄くすることができ、光起電力素子の光電
変換特性においては、短絡電流の増加、フイルファクタ
ーが向上するものである。
【００１１】さらに、この微結晶ｉ型半導体層の存在に
より、素子作製中に微結晶の第２の導電型層から第２の
導電型不純物が非晶質ｉ型層に拡散することを抑制する
ことができ、量産、製造時の素子性能の、一様性、再現
性が向上する。具体的には、それは、たとえば、非晶質
ｉ型シリコンをキャリヤ発生層に採用した光起電力素子
においては、その上に微結晶ｉ型層にシリコン、第２の
導電型層にｐ型シリコンを積層することにより、また、
非晶質ｉ型シリコンゲルマニウムをキャリヤ発生層に採
用した場合には、非晶質ｉ型シリコンゲルマニウム層、
微結晶ｉ型シリコン層、微結晶ｐ型シリコン層を積層す
ることにより実現することができる。
より、素子作製中に微結晶の第２の導電型層から第２の
導電型不純物が非晶質ｉ型層に拡散することを抑制する
ことができ、量産、製造時の素子性能の、一様性、再現
性が向上する。具体的には、それは、たとえば、非晶質
ｉ型シリコンをキャリヤ発生層に採用した光起電力素子
においては、その上に微結晶ｉ型層にシリコン、第２の
導電型層にｐ型シリコンを積層することにより、また、
非晶質ｉ型シリコンゲルマニウムをキャリヤ発生層に採
用した場合には、非晶質ｉ型シリコンゲルマニウム層、
微結晶ｉ型シリコン層、微結晶ｐ型シリコン層を積層す
ることにより実現することができる。
【００１２】上述の結晶形態は以下の方法によって実現
される。微結晶ｉ型層は、高周波プラズマＣＶＤ法によ
り形成する。帯状部材をアノード電極とし、対向する導
電性平板を高周波電力を印加するカソード電極とし、両
電極によって挟まれた領域が放電空間となる。該放電空
間に材料ガスを供給して放電が生起維持される。本発明
におけるｉ型半導体層はＳｉである。放電空間には材料
ガスとしてＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシリコンを含有する
ガスおよびＨ2が供給される。
される。微結晶ｉ型層は、高周波プラズマＣＶＤ法によ
り形成する。帯状部材をアノード電極とし、対向する導
電性平板を高周波電力を印加するカソード電極とし、両
電極によって挟まれた領域が放電空間となる。該放電空
間に材料ガスを供給して放電が生起維持される。本発明
におけるｉ型半導体層はＳｉである。放電空間には材料
ガスとしてＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシリコンを含有する
ガスおよびＨ2が供給される。
【００１３】本発明においては、微結晶ｉ型半導体層形
成チャンバーと微結晶の第２の導電型層形成チャンバー
における材料ガスの流し方に特徴がある。微結晶ｉ型半
導体層の形成においては、材料ガスを帯状部材の移動方
向に沿って上手方向から導入し、下手方向（ｐ層側）へ
流すことで、放電空間の下手部分の放電は、上手部分の
放電に対してＳｉＨ4濃度が下がる（Ｈ2の希釈率が高ま
る）ことで、上手部分の放電状態は下手部分に対して相
対的に微結晶化に有利な条件になる。言い換えると、下
手部分で形成される（ｐ型層に接した部分の）堆積膜の
形成速度が相対的に小さくなることでもあり、非晶質ｉ
型層上に堆積する膜の微結晶化が捉進される。
成チャンバーと微結晶の第２の導電型層形成チャンバー
における材料ガスの流し方に特徴がある。微結晶ｉ型半
導体層の形成においては、材料ガスを帯状部材の移動方
向に沿って上手方向から導入し、下手方向（ｐ層側）へ
流すことで、放電空間の下手部分の放電は、上手部分の
放電に対してＳｉＨ4濃度が下がる（Ｈ2の希釈率が高ま
る）ことで、上手部分の放電状態は下手部分に対して相
対的に微結晶化に有利な条件になる。言い換えると、下
手部分で形成される（ｐ型層に接した部分の）堆積膜の
形成速度が相対的に小さくなることでもあり、非晶質ｉ
型層上に堆積する膜の微結晶化が捉進される。
【００１４】また、第２の導電型層（ｐ型層）の形成に
おいては、材料ガスはたとえばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等シ
リコンを含有するガスとドーパント（ｐ型不純物）を含
有するＢＦ3、Ｂ2Ｈ6等のガス及びＨ2等の希釈ガスが使
用される。シリコンを含むガスに対する水素ガスの希釈
率が高く、また高い放電印加電力（高周波）という成膜
条件により微結晶化した膜の堆積が促進される。材料ガ
スは帯状部材の移動方向の下手（巻き取り側）から放電
空間に導入し上手方向に（ｉ層側に）向かって流す（ｉ
層側がガスの下流となる）ことにより、ｐ型半導体層の
堆積速度はｉ型層に接して近い部分（下流）でシリコン
を含む材料ガスが枯渇傾向（Ｈ2希釈率が高い）になる
ために相対的に微結晶化した堆積膜の形成が捉進され
る。微結晶の第２の導電型層（ｐ型半導体層）は、高周
波プラズマＣＶＤ法により形成する。放電空間における
カソード電極の面積をアノード電極の面積よりも大きく
することで、グロー放電生起時におけるカソード電極の
電位（自己バイアス）が前記帯状部材を含むアノード
（接地）電極に対して正電位を維持することができる。
おいては、材料ガスはたとえばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等シ
リコンを含有するガスとドーパント（ｐ型不純物）を含
有するＢＦ3、Ｂ2Ｈ6等のガス及びＨ2等の希釈ガスが使
用される。シリコンを含むガスに対する水素ガスの希釈
率が高く、また高い放電印加電力（高周波）という成膜
条件により微結晶化した膜の堆積が促進される。材料ガ
スは帯状部材の移動方向の下手（巻き取り側）から放電
空間に導入し上手方向に（ｉ層側に）向かって流す（ｉ
層側がガスの下流となる）ことにより、ｐ型半導体層の
堆積速度はｉ型層に接して近い部分（下流）でシリコン
を含む材料ガスが枯渇傾向（Ｈ2希釈率が高い）になる
ために相対的に微結晶化した堆積膜の形成が捉進され
る。微結晶の第２の導電型層（ｐ型半導体層）は、高周
波プラズマＣＶＤ法により形成する。放電空間における
カソード電極の面積をアノード電極の面積よりも大きく
することで、グロー放電生起時におけるカソード電極の
電位（自己バイアス）が前記帯状部材を含むアノード
（接地）電極に対して正電位を維持することができる。
【００１５】カソード電極の電位（自己バイアス）を正
電位に維持することで、帯状部材上の堆積膜に対して正
電荷をもつイオンを照射する方向にバイアスが印加され
るため、プラズマ放電内に存在するイオンが帯状部材の
方向へより効率よく加速され、いわゆるイオンボンバー
トメントによって堆積膜表面に効果的にエネルギーを与
える結果、比較的高い堆積速度においても膜の構造緩和
が促進され、また、ドーパントが４配位でシリコンネッ
トワーク中に取り込まれ、膜の良質化、緻密性が向上
し、高品位なｐ型半導体薄膜を得ることができる。カソ
ード電極の表面積を大きくする為にカソード電極は、た
とえば従来の平板電極の上にフィン状の構造を取った
り、囲い状の構造にすることができる。図６は前記フィ
ン状のカソード電極を示した図である。フィン状の形状
をしたカソード電極の一部は帯状部材の搬送方向に直角
に複数が平行に配置される。図６においては仕切り板６
０２が搬送方向と直角になる。
電位に維持することで、帯状部材上の堆積膜に対して正
電荷をもつイオンを照射する方向にバイアスが印加され
るため、プラズマ放電内に存在するイオンが帯状部材の
方向へより効率よく加速され、いわゆるイオンボンバー
トメントによって堆積膜表面に効果的にエネルギーを与
える結果、比較的高い堆積速度においても膜の構造緩和
が促進され、また、ドーパントが４配位でシリコンネッ
トワーク中に取り込まれ、膜の良質化、緻密性が向上
し、高品位なｐ型半導体薄膜を得ることができる。カソ
ード電極の表面積を大きくする為にカソード電極は、た
とえば従来の平板電極の上にフィン状の構造を取った
り、囲い状の構造にすることができる。図６は前記フィ
ン状のカソード電極を示した図である。フィン状の形状
をしたカソード電極の一部は帯状部材の搬送方向に直角
に複数が平行に配置される。図６においては仕切り板６
０２が搬送方向と直角になる。
【００１６】前記フィン状電極はステンレス等の導電性
の金属部材で形成される。前記フィン状の電極の間隔
は、となりあうフィン状電極間において放電が生起維持
するに充分な間隔を有する。材料ガスは帯状部材の搬送
方向の下手側から供給されフィン状電極の上（帯状部材
との間）を上手方向に流す。また、カソード電極の表面
積を大きくする方法は、上記のフィン状電極に限定され
るものではない。
の金属部材で形成される。前記フィン状の電極の間隔
は、となりあうフィン状電極間において放電が生起維持
するに充分な間隔を有する。材料ガスは帯状部材の搬送
方向の下手側から供給されフィン状電極の上（帯状部材
との間）を上手方向に流す。また、カソード電極の表面
積を大きくする方法は、上記のフィン状電極に限定され
るものではない。
【００１７】前記微結晶ｉ型層、微結晶の第２の導電型
層の形成チャンバーにおいて、材料ガスが放電空間に放
出される位置周辺（材料ガス供給部）では、プラズマ中
での材料ガスの分解が進まず、この部分のプラズマ中活
性種が帯状部材に堆積すると、微結晶性の促進がはばま
れるとともに、導電率の低い膜が堆積し、光起電力素子
の短絡電流、フイルファクターの低下を招く。したがっ
て、材料ガス供給部周辺の直上を帯状部材に対して遮蔽
して、帯状部材上に材料ガス供給部周辺の活性種が堆積
しないようにすることで、導電率の高い（キャリヤ走行
性の高い）、また均質な微結晶ｉ型層を、また、導電率
の高く、光吸収係数が小さく、均質な微結晶ｉ型層を形
成することができ、光起電力素子の光電変換特性の改善
に寄与するところとなる。
層の形成チャンバーにおいて、材料ガスが放電空間に放
出される位置周辺（材料ガス供給部）では、プラズマ中
での材料ガスの分解が進まず、この部分のプラズマ中活
性種が帯状部材に堆積すると、微結晶性の促進がはばま
れるとともに、導電率の低い膜が堆積し、光起電力素子
の短絡電流、フイルファクターの低下を招く。したがっ
て、材料ガス供給部周辺の直上を帯状部材に対して遮蔽
して、帯状部材上に材料ガス供給部周辺の活性種が堆積
しないようにすることで、導電率の高い（キャリヤ走行
性の高い）、また均質な微結晶ｉ型層を、また、導電率
の高く、光吸収係数が小さく、均質な微結晶ｉ型層を形
成することができ、光起電力素子の光電変換特性の改善
に寄与するところとなる。
【００１８】本発明の光起電力素子をより有効に機能さ
せるためには、個々の半導体層の膜質の高品位性、再現
性が保証されなければならないことは言うまでも無い。
この点において、本発明が対象とする、ロール・ツー・
ロール方式の装置により上記半導体層を順次形成する場
合には、非晶質ｉ型層、微結晶ｉ型層、微結晶の第２の
導電型層の形成雰囲気の独立性を充分に確保しなければ
ならない。そのために、非晶質ｉ型層、微結晶ｉ型層、
微結晶の第２の導電型層を形成するための放電空間を個
別に設けることである。また、前記放電空間をそれぞれ
別個のチャンバーの中に形成し、各チャンバーをガスゲ
ートを介して隣接する前記チャンバー間を繋げると雰囲
気の独立性はさらに向上する。
せるためには、個々の半導体層の膜質の高品位性、再現
性が保証されなければならないことは言うまでも無い。
この点において、本発明が対象とする、ロール・ツー・
ロール方式の装置により上記半導体層を順次形成する場
合には、非晶質ｉ型層、微結晶ｉ型層、微結晶の第２の
導電型層の形成雰囲気の独立性を充分に確保しなければ
ならない。そのために、非晶質ｉ型層、微結晶ｉ型層、
微結晶の第２の導電型層を形成するための放電空間を個
別に設けることである。また、前記放電空間をそれぞれ
別個のチャンバーの中に形成し、各チャンバーをガスゲ
ートを介して隣接する前記チャンバー間を繋げると雰囲
気の独立性はさらに向上する。
【００１９】微結晶ｉ型層の形成には高周波プラズマＣ
ＶＤ法が用いられる。放電炉は、帯状部材をアノード電
極とし、該帯状部材の堆積膜形成面に対向して高周波を
印加する導電性の平板型カソード電極を設け、両電極間
を放電空間とする。放電空間には材料ガスを供給し、ま
た排気手段により減圧にすることができる構造となって
いる。微結晶ｉ型層の形成条件の要点は、原料ガスの供
給量と供給電力密度、そして放電空間ヘの材料ガスの供
給方法にある。放電空間に供給する材料ガスは水素化シ
リコンガス、たとえばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等を用いる。
前記水素化シリコンガスを水素（Ｈ2）ガスで希釈し、
一定値以上の高周波電力を印加することで微結晶化した
ｉ型層の形成が促進される。すなはち、放電空間に供給
される材料ガスのＨ2の供給量をＳｉＨ4の５０倍以上と
し、また、供給する高周波（１３．５６ＭＨｚ）をカソ
ード電極の表面積に対して電力密度を０．２Ｗ／ｃｍ2
以上にする。前記微結晶化ｉ型層の層厚は５ｎｍから１
５ｎｍにすることが微結晶ｐ型層の形成を促進させる下
地として適当である。層厚が５ｎｍ以下では微結晶層と
して形成されるに不十分であり、１５ｎｍ以上では、光
がキャリヤ発生層である非晶質ｉ型層に到達するまえ
に、該ｉ型微結晶層において吸収される量が無視できな
くなり、また微結晶ｉ型層が光起電力素子の光電変換特
性における抵抗成分として作用し、フイルファクターの
低下が無視できなくなる。
ＶＤ法が用いられる。放電炉は、帯状部材をアノード電
極とし、該帯状部材の堆積膜形成面に対向して高周波を
印加する導電性の平板型カソード電極を設け、両電極間
を放電空間とする。放電空間には材料ガスを供給し、ま
た排気手段により減圧にすることができる構造となって
いる。微結晶ｉ型層の形成条件の要点は、原料ガスの供
給量と供給電力密度、そして放電空間ヘの材料ガスの供
給方法にある。放電空間に供給する材料ガスは水素化シ
リコンガス、たとえばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等を用いる。
前記水素化シリコンガスを水素（Ｈ2）ガスで希釈し、
一定値以上の高周波電力を印加することで微結晶化した
ｉ型層の形成が促進される。すなはち、放電空間に供給
される材料ガスのＨ2の供給量をＳｉＨ4の５０倍以上と
し、また、供給する高周波（１３．５６ＭＨｚ）をカソ
ード電極の表面積に対して電力密度を０．２Ｗ／ｃｍ2
以上にする。前記微結晶化ｉ型層の層厚は５ｎｍから１
５ｎｍにすることが微結晶ｐ型層の形成を促進させる下
地として適当である。層厚が５ｎｍ以下では微結晶層と
して形成されるに不十分であり、１５ｎｍ以上では、光
がキャリヤ発生層である非晶質ｉ型層に到達するまえ
に、該ｉ型微結晶層において吸収される量が無視できな
くなり、また微結晶ｉ型層が光起電力素子の光電変換特
性における抵抗成分として作用し、フイルファクターの
低下が無視できなくなる。
【００２０】材料ガスは、放電空間に、帯状部材の移動
方向に沿って上手方向から導入し、下手方向（ｐ層側）
へ流すことで、堆積におもに寄与するＳｉＨ4ガスは放
電空間で解離し、上手部分から下手部分に流れつつ帯状
部材上に堆積し消費される。下手部分の放電内には上手
部分の放電内に対して、ＳｉＨ4やＳｉを含有した活性
種、イオン種の濃度が上手部分の放電内に対して下がる
（Ｈ2の希釈率が高まる）。よって、下手部分で堆積形
成される膜（第２の導電型層（ｐ型層）に接したｉ型層
部分）は、より微結晶化膜形成の為の条件が整い、均質
で良質な微結晶膜の形成が促進される。また、上手部分
の放電は、下手部分の放電と比較して、下地の非晶質ｉ
型膜の形成に使われる放電の状態に近く、上手部分の放
電により形成される、非晶質ｉ型層上に形成される膜は
非晶質ｉ型層との格子整合性を改善する効果がある。微
結晶の第２の導電型層（ｐ型層）の形成にも高周波プラ
ズマＣＶＤ法が用いられる。
方向に沿って上手方向から導入し、下手方向（ｐ層側）
へ流すことで、堆積におもに寄与するＳｉＨ4ガスは放
電空間で解離し、上手部分から下手部分に流れつつ帯状
部材上に堆積し消費される。下手部分の放電内には上手
部分の放電内に対して、ＳｉＨ4やＳｉを含有した活性
種、イオン種の濃度が上手部分の放電内に対して下がる
（Ｈ2の希釈率が高まる）。よって、下手部分で堆積形
成される膜（第２の導電型層（ｐ型層）に接したｉ型層
部分）は、より微結晶化膜形成の為の条件が整い、均質
で良質な微結晶膜の形成が促進される。また、上手部分
の放電は、下手部分の放電と比較して、下地の非晶質ｉ
型膜の形成に使われる放電の状態に近く、上手部分の放
電により形成される、非晶質ｉ型層上に形成される膜は
非晶質ｉ型層との格子整合性を改善する効果がある。微
結晶の第２の導電型層（ｐ型層）の形成にも高周波プラ
ズマＣＶＤ法が用いられる。
【００２１】微結晶の第２の導電型層（ｐ型層）の形成
条件の要点は、放電状態、材料ガスの供給量、供給電力
密度、そして放電空間への材料ガスの供給方法にある。
グロー放電生起時におけるカソード電極の電位（自己バ
イアス）が前記帯状部材を含むアノード（接地）電極に
対して＋３０Ｖ以上の正電位を維持しつつｐ型層を形成
することで帯状部材上の堆積膜に対して正電荷をもつイ
オンを照射する方向にバイアス印加されるため、プラズ
マ放電内に存在するイオンが滞状部材の方向へより効率
よく加速され、いわゆるイオンボンバートメントによっ
て堆積膜表面に効果的にエネルギーを与える結果、比較
的高い堆積速度においても膜の構造緩和が促進され、ま
た、ドーパントが４配位でシリコンネットワーク中に取
り込まれ、膜の良質化、緻密性が向上し、高品位なｐ型
半導体薄膜を得ることができる。
条件の要点は、放電状態、材料ガスの供給量、供給電力
密度、そして放電空間への材料ガスの供給方法にある。
グロー放電生起時におけるカソード電極の電位（自己バ
イアス）が前記帯状部材を含むアノード（接地）電極に
対して＋３０Ｖ以上の正電位を維持しつつｐ型層を形成
することで帯状部材上の堆積膜に対して正電荷をもつイ
オンを照射する方向にバイアス印加されるため、プラズ
マ放電内に存在するイオンが滞状部材の方向へより効率
よく加速され、いわゆるイオンボンバートメントによっ
て堆積膜表面に効果的にエネルギーを与える結果、比較
的高い堆積速度においても膜の構造緩和が促進され、ま
た、ドーパントが４配位でシリコンネットワーク中に取
り込まれ、膜の良質化、緻密性が向上し、高品位なｐ型
半導体薄膜を得ることができる。
【００２２】カソード電極の電位（自己バイアス）を正
電位に維持するために、カソード電極の放電空間におけ
る表面積は、帯状部材の表面積を含むアノード電極全体
の放電空間における表面積よりも大きな構造を必要とす
る。
電位に維持するために、カソード電極の放電空間におけ
る表面積は、帯状部材の表面積を含むアノード電極全体
の放電空間における表面積よりも大きな構造を必要とす
る。
【００２３】カソード電極の表面積を大きくする為にカ
ソード電極は、たとえばフィン状の構造をとることがで
きる。図６は前記フイン状のカソード電極をしめした図
である。フィン状の形状をしたカソード電極の一部は帯
状部材の搬送方向に直角に複数が平行に配置される。前
記フィン状電極はステンレス等の導電性の金属部材で形
成される。前記フィン状の電極の間隔は、となりあうフ
ィン状電極間において放電が生起維持するに充分な間隔
を有する。材料ガスは帯状部材の搬送方向の下手側から
供給されフィン状電極の上（帯状部材との間）を上手方
向に流す。
ソード電極は、たとえばフィン状の構造をとることがで
きる。図６は前記フイン状のカソード電極をしめした図
である。フィン状の形状をしたカソード電極の一部は帯
状部材の搬送方向に直角に複数が平行に配置される。前
記フィン状電極はステンレス等の導電性の金属部材で形
成される。前記フィン状の電極の間隔は、となりあうフ
ィン状電極間において放電が生起維持するに充分な間隔
を有する。材料ガスは帯状部材の搬送方向の下手側から
供給されフィン状電極の上（帯状部材との間）を上手方
向に流す。
【００２４】フィンの形状は前述に限ったことでは無
く、たとえば、図７、や図８に示す形態をとることがで
きる。図７においては、材料ガスはフィン状電極の下を
流れる構造になっている。図８においては、帯状部材の
搬送方向に直角なフィン状電極に対して直角に交わる
（即ち帯状部材の移動方向）フィン状電極も配置され、
カソード面積をより大きくしている。その他、カソード
電極の形状はフィン状に限ったものでは無く、凹凸状で
もブロック状、針状でもかまわない。
く、たとえば、図７、や図８に示す形態をとることがで
きる。図７においては、材料ガスはフィン状電極の下を
流れる構造になっている。図８においては、帯状部材の
搬送方向に直角なフィン状電極に対して直角に交わる
（即ち帯状部材の移動方向）フィン状電極も配置され、
カソード面積をより大きくしている。その他、カソード
電極の形状はフィン状に限ったものでは無く、凹凸状で
もブロック状、針状でもかまわない。
【００２５】放電空間に供給する材料ガスは、水素化シ
リコンガス、たとえばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等と、第２の
導電型（ｐ型）不純物（ドーパント）を含むＢＦ3、Ｂ2
Ｈ6等と、前記ガスを希釈する水素（Ｈ2）ガスを用い
る。放電空間に供給する材料ガスのうちＨ2ガスの供給
量をＳｉＨ4ガスの供給量の５０倍以上にし、放電空間
に対して高周波電力を供給して、カソード電極の自己バ
イアスが正（望ましくは＋１００Ｖ以上）の放電を形成
することで、ＳｉＨ4ガスに対するＢＦ３濃度が０％〜
１００％の範囲で高品位な微結晶のｐ型半導体膜を形成
することができる。ただし、前記ＢＦ3濃度が１０％以
下であると膜中に取り込まれるドーパントの絶対量が足
りず、開放電圧の低下を招くものである。層厚を厚くし
てドーパントの絶対量をまかなうこともできるが、ｐ型
層での光吸収による光量のロス、抵抗成分（フイルファ
クター）の増大を伴う。また、前記濃度が５０％を越え
ると過乗りなドーパントがシリコンネットワーク中に３
配位で組み込まれ、構造欠陥を形成するとともに、結晶
性も著しく低下し、短絡電流の減少、ＦＦの低下が起こ
ってしまう。膜厚は、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下が望まし
く、願わくば、１０ｎｍ以下が望ましい。
リコンガス、たとえばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等と、第２の
導電型（ｐ型）不純物（ドーパント）を含むＢＦ3、Ｂ2
Ｈ6等と、前記ガスを希釈する水素（Ｈ2）ガスを用い
る。放電空間に供給する材料ガスのうちＨ2ガスの供給
量をＳｉＨ4ガスの供給量の５０倍以上にし、放電空間
に対して高周波電力を供給して、カソード電極の自己バ
イアスが正（望ましくは＋１００Ｖ以上）の放電を形成
することで、ＳｉＨ4ガスに対するＢＦ３濃度が０％〜
１００％の範囲で高品位な微結晶のｐ型半導体膜を形成
することができる。ただし、前記ＢＦ3濃度が１０％以
下であると膜中に取り込まれるドーパントの絶対量が足
りず、開放電圧の低下を招くものである。層厚を厚くし
てドーパントの絶対量をまかなうこともできるが、ｐ型
層での光吸収による光量のロス、抵抗成分（フイルファ
クター）の増大を伴う。また、前記濃度が５０％を越え
ると過乗りなドーパントがシリコンネットワーク中に３
配位で組み込まれ、構造欠陥を形成するとともに、結晶
性も著しく低下し、短絡電流の減少、ＦＦの低下が起こ
ってしまう。膜厚は、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下が望まし
く、願わくば、１０ｎｍ以下が望ましい。
【００２６】材料ガスは帯状部材の移動方向の下手（巻
き取り側）から放電空間に導入し上手方向に（ｉ層側
に）向かって流すことにより、ｐ型半導体層の堆積速度
はｉ型層に接して近いところで材料ガスのＳｉＨ4ガス
が枯渇傾向になるために遅くなり、ｐ型層の上部では材
料ガスの供給位置に近い為に速くなる。ｉ型層上にま
ず、相対的に遅い堆積速度でｐ型層を形成することで両
層接合界面での格子整合性に起因する構造欠陥数を減ら
すことができ、ｐ型層上部では相対的に速い堆積速度で
高い生産性に貢献することができる。また、ｐ層最表面
においても充分な不純物（ドーパント）濃度を膜中に含
有することができ、タンデム型素子の光電変換特性にお
ける電流電圧特性においても良好なｐｎ接合性を得るこ
とができる。
き取り側）から放電空間に導入し上手方向に（ｉ層側
に）向かって流すことにより、ｐ型半導体層の堆積速度
はｉ型層に接して近いところで材料ガスのＳｉＨ4ガス
が枯渇傾向になるために遅くなり、ｐ型層の上部では材
料ガスの供給位置に近い為に速くなる。ｉ型層上にま
ず、相対的に遅い堆積速度でｐ型層を形成することで両
層接合界面での格子整合性に起因する構造欠陥数を減ら
すことができ、ｐ型層上部では相対的に速い堆積速度で
高い生産性に貢献することができる。また、ｐ層最表面
においても充分な不純物（ドーパント）濃度を膜中に含
有することができ、タンデム型素子の光電変換特性にお
ける電流電圧特性においても良好なｐｎ接合性を得るこ
とができる。
【００２７】また、図１１はスタックセル（トリプルセ
ル）型の光起電力素子を形成するためのロール・ツー・
ロール方式の連続プラズマＣＶＤ装置の概略図である。
図１０におけるｎ，ｉ，ｐ型層形成チャンバーを繰り返
し配列したチャンバー構成によりセルを作製することが
できる。上記格子整合性の改善により光起電力素子の電
気的特性を改善し、また製造時における素子性能の再現
性の確保のためには、第２の導電型層に含まれる不純物
濃度の層厚方向の制御、及び不純物の、隣接する微結晶
ｉ型層や、さらには非晶質ｉ型半導体層への素子作製中
の拡散、しみ込みをより少なく再現性よく制御しなけれ
ばならない。ロール・ツー・ロール方式により上記半導
体層を形成する場合には、上記要望に応える為に、非晶
質ｉ型層、微結晶ｉ型層、微結晶の第２の導電型層の形
成雰囲気の独立性を充分に確保しなければならない。す
なはち、本発明においては、非晶質ｉ型層、微結晶ｉ型
層、微結晶の第２の導電型層を形成するためのチャンバ
ーを個別に設け、ガスゲートを介して繋げることで上記
要望をみたすことができる。
ル）型の光起電力素子を形成するためのロール・ツー・
ロール方式の連続プラズマＣＶＤ装置の概略図である。
図１０におけるｎ，ｉ，ｐ型層形成チャンバーを繰り返
し配列したチャンバー構成によりセルを作製することが
できる。上記格子整合性の改善により光起電力素子の電
気的特性を改善し、また製造時における素子性能の再現
性の確保のためには、第２の導電型層に含まれる不純物
濃度の層厚方向の制御、及び不純物の、隣接する微結晶
ｉ型層や、さらには非晶質ｉ型半導体層への素子作製中
の拡散、しみ込みをより少なく再現性よく制御しなけれ
ばならない。ロール・ツー・ロール方式により上記半導
体層を形成する場合には、上記要望に応える為に、非晶
質ｉ型層、微結晶ｉ型層、微結晶の第２の導電型層の形
成雰囲気の独立性を充分に確保しなければならない。す
なはち、本発明においては、非晶質ｉ型層、微結晶ｉ型
層、微結晶の第２の導電型層を形成するためのチャンバ
ーを個別に設け、ガスゲートを介して繋げることで上記
要望をみたすことができる。
【００２８】微結晶の第２の導電型層が光入射側にある
場合、層厚は薄い方が入射光の損失が少なく、キャリヤ
発生層でより多くのキャリヤを発生させることができ
る。微結晶の第２の導電型層に含まれる不純物量は充分
な内部電界を発生させるために必要な最小量、濃度が存
在する。しかし、薄い層厚に高濃度の不純物を含有させ
ると、内部に欠陥を形成するとともに、微結晶性を低下
させることとなり、素子の電気的特性は低下する。本発
明の素子においては、微結晶の第２の導電型層の厚みは
８０〜１５０Å、不純物濃度は層中最大値で１０21ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3が必要である。第２の導電型層の不純物
濃度を光入射側最表面で１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上
と最も高くし、ｉ型層に向かって減少するように勾配を
持たせることで、微結晶ｉ型層との格子整合性はさらに
改善され、素子の電気的特性（光電変換特性）はさらに
向上する。この不純物の濃度勾配は、たとえばプラズマ
ＣＶＤ法（ロール・ツー・ロール法を前提）により形成
する際に不純物含有ガス濃度に（放電）空間的な分布を
作ることにより作製可能である。この濃度勾配はタンデ
ムセルにおける第２の導電型層と第１の導電型層の接合
特性を大幅に改善するものでもある。本発明において微
結晶ｉ型半導体層の層厚は５０〜１００Åがふさわし
い。５０Å以下では、第２の導電型層の微結晶化を促進
する効果が無く、また微結晶ｉ型層と第２の導電型層の
格子整合性を改善する効果も無かった。微結晶ｉ型層が
１００Å以上に厚くなると、キャリヤの走行に対して抵
抗層として働き素子の電気的特性（光電変換特性）とし
ては、フィルファクターの低下として現れた。第２の導
電型層形成時に不純物は、その高い温度の元、下地の微
結晶ｉ型半導体層に拡散することは多かれ少なかれさけ
ることができない。この第２の導電型不純物がキャリヤ
発生層である非晶質ｉ型半導体層に拡散することは、素
子の量産、製造においては電気的特性の再現性が得られ
ない原因となりうる。微結晶ｉ型層の層厚が５０Å以上
であることは、その影響を小さくする最低限の厚みでも
ある。
場合、層厚は薄い方が入射光の損失が少なく、キャリヤ
発生層でより多くのキャリヤを発生させることができ
る。微結晶の第２の導電型層に含まれる不純物量は充分
な内部電界を発生させるために必要な最小量、濃度が存
在する。しかし、薄い層厚に高濃度の不純物を含有させ
ると、内部に欠陥を形成するとともに、微結晶性を低下
させることとなり、素子の電気的特性は低下する。本発
明の素子においては、微結晶の第２の導電型層の厚みは
８０〜１５０Å、不純物濃度は層中最大値で１０21ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3が必要である。第２の導電型層の不純物
濃度を光入射側最表面で１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上
と最も高くし、ｉ型層に向かって減少するように勾配を
持たせることで、微結晶ｉ型層との格子整合性はさらに
改善され、素子の電気的特性（光電変換特性）はさらに
向上する。この不純物の濃度勾配は、たとえばプラズマ
ＣＶＤ法（ロール・ツー・ロール法を前提）により形成
する際に不純物含有ガス濃度に（放電）空間的な分布を
作ることにより作製可能である。この濃度勾配はタンデ
ムセルにおける第２の導電型層と第１の導電型層の接合
特性を大幅に改善するものでもある。本発明において微
結晶ｉ型半導体層の層厚は５０〜１００Åがふさわし
い。５０Å以下では、第２の導電型層の微結晶化を促進
する効果が無く、また微結晶ｉ型層と第２の導電型層の
格子整合性を改善する効果も無かった。微結晶ｉ型層が
１００Å以上に厚くなると、キャリヤの走行に対して抵
抗層として働き素子の電気的特性（光電変換特性）とし
ては、フィルファクターの低下として現れた。第２の導
電型層形成時に不純物は、その高い温度の元、下地の微
結晶ｉ型半導体層に拡散することは多かれ少なかれさけ
ることができない。この第２の導電型不純物がキャリヤ
発生層である非晶質ｉ型半導体層に拡散することは、素
子の量産、製造においては電気的特性の再現性が得られ
ない原因となりうる。微結晶ｉ型層の層厚が５０Å以上
であることは、その影響を小さくする最低限の厚みでも
ある。
【００２９】図１はＳｉシングルセル型光起電力素子を
作製するための、本発明による半導体層形成装置の全体
を示した概略図である。図１において各部の名称は、１
０１は堆積膜形成装置の全体を示す。１０２は長尺の導
電性帯状部材、１０３は該帯状部材の繰り出しチャンバ
ー、１０４は帯状部材の巻き取りチャンバー、１０５は
ｎ型半導体層形成チャンバーを、１０６は非晶質ｉ型Ｓ
ｉ層形成チャンバーを、１０７は微結晶ｉ型Ｓｉ層形成
チャンバーを、１０８は微結晶ｐ型半導体層形成チャン
バーである。１１０は放電空間である。１０９はガスゲ
ート、１１１、１１２はボビンである。
作製するための、本発明による半導体層形成装置の全体
を示した概略図である。図１において各部の名称は、１
０１は堆積膜形成装置の全体を示す。１０２は長尺の導
電性帯状部材、１０３は該帯状部材の繰り出しチャンバ
ー、１０４は帯状部材の巻き取りチャンバー、１０５は
ｎ型半導体層形成チャンバーを、１０６は非晶質ｉ型Ｓ
ｉ層形成チャンバーを、１０７は微結晶ｉ型Ｓｉ層形成
チャンバーを、１０８は微結晶ｐ型半導体層形成チャン
バーである。１１０は放電空間である。１０９はガスゲ
ート、１１１、１１２はボビンである。
【００３０】図４は、図１における微結晶ｉ型Ｓｉ半導
体層形成チャンバーの構造断面図である。高周波プラズ
マＣＶＤ法による堆積膜形成チャンバーであり、図１に
おけるｎ型半導体層の形成用チャンバー１０５、Ｓｉ非
晶質ｉ型半導体層の形成用チャンバー１０６も同様の構
造を持っている。図４において各部の名称は、４０１は
堆積膜形成チャンバー、４０２は帯状部材、４０３はガ
スゲート、４０４はゲートガス導入手段、４０５は放電
炉、４０６は帯状部材加熱手段（ランプヒーター）、４
０７は材料ガス供給手段、４０８は高周波電極（カソー
ド電極）、４０９は排気手段、４１０は放電領域であ
る。また、４１１の矢印は帯状部材の移動方向、４１２
の矢印は材料ガスの流れる方向を示す。４１３は遮蔽部
材である。
体層形成チャンバーの構造断面図である。高周波プラズ
マＣＶＤ法による堆積膜形成チャンバーであり、図１に
おけるｎ型半導体層の形成用チャンバー１０５、Ｓｉ非
晶質ｉ型半導体層の形成用チャンバー１０６も同様の構
造を持っている。図４において各部の名称は、４０１は
堆積膜形成チャンバー、４０２は帯状部材、４０３はガ
スゲート、４０４はゲートガス導入手段、４０５は放電
炉、４０６は帯状部材加熱手段（ランプヒーター）、４
０７は材料ガス供給手段、４０８は高周波電極（カソー
ド電極）、４０９は排気手段、４１０は放電領域であ
る。また、４１１の矢印は帯状部材の移動方向、４１２
の矢印は材料ガスの流れる方向を示す。４１３は遮蔽部
材である。
【００３１】次に図４における微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層
形成チャンバー４０１による微結晶ｉ型層の形成の手順
を説明する。まず、帯状部材４０２が張り渡された堆積
膜形成チャンバー４０１を不図示の排気手段により減圧
に排気する。両隣りのチャンバーとの間のガスゲート４
０３にゲートガス導入手段４０４よりゲートガス（Ｈ
2、Ｈｅ等）を流し隣接チャンバーとのガス雰囲気を隔
離する。次に一定供給量に制御された材料ガスを材料ガ
ス導入手段４０９により帯状部材の移動方向４１４上手
側から導入し、下手側に流し、圧力調整手段（不図示の
可変コンダクタンスバルブ）により放電炉内の圧力を一
定に保つ。帯状部材加熱手段４０７及び、材料ガス及び
放電炉部材加熱手段４１２により帯状部材４０２及び放
電炉４０５を一定の温度に制御する。続いて、高周波電
力をカソード電極４１０に印加して放電を生起させて、
原材料ガスを分解して、帯状部材４０２を一定の速度で
移動させながら、該帯状部材上に微結晶ｉ型膜を形成す
るものである。
形成チャンバー４０１による微結晶ｉ型層の形成の手順
を説明する。まず、帯状部材４０２が張り渡された堆積
膜形成チャンバー４０１を不図示の排気手段により減圧
に排気する。両隣りのチャンバーとの間のガスゲート４
０３にゲートガス導入手段４０４よりゲートガス（Ｈ
2、Ｈｅ等）を流し隣接チャンバーとのガス雰囲気を隔
離する。次に一定供給量に制御された材料ガスを材料ガ
ス導入手段４０９により帯状部材の移動方向４１４上手
側から導入し、下手側に流し、圧力調整手段（不図示の
可変コンダクタンスバルブ）により放電炉内の圧力を一
定に保つ。帯状部材加熱手段４０７及び、材料ガス及び
放電炉部材加熱手段４１２により帯状部材４０２及び放
電炉４０５を一定の温度に制御する。続いて、高周波電
力をカソード電極４１０に印加して放電を生起させて、
原材料ガスを分解して、帯状部材４０２を一定の速度で
移動させながら、該帯状部材上に微結晶ｉ型膜を形成す
るものである。
【００３２】図４の堆積膜形成チャンバーを使って非晶
質Ｓｉを１０００Å形成したステンレス（ＳＵＳ４３
０）製帯状部材上に微結晶ｉ型Ｓｉ半導体膜を実験的に
形成した。作製条件は、原料ガスとしてＳｉＨ4 １０ｓ
ｃｃｍ、Ｈ2 １０００ｓｃｃｍ、１３．５６ＭＨｚ高周
波電力０．５Ｗ／ｃｍ2（電極上）、作製温度２８０
℃、圧力１．３Ｔｏｒｒとした。形成された膜をＲＨＥ
ＥＤにより観察した所、微結晶化していることが分かっ
た。また、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による堆積膜の
断面観察によっても微結晶層を確認することができた。
さらに、レーザーラマン分光法によっても同様の結論に
達したものである。
質Ｓｉを１０００Å形成したステンレス（ＳＵＳ４３
０）製帯状部材上に微結晶ｉ型Ｓｉ半導体膜を実験的に
形成した。作製条件は、原料ガスとしてＳｉＨ4 １０ｓ
ｃｃｍ、Ｈ2 １０００ｓｃｃｍ、１３．５６ＭＨｚ高周
波電力０．５Ｗ／ｃｍ2（電極上）、作製温度２８０
℃、圧力１．３Ｔｏｒｒとした。形成された膜をＲＨＥ
ＥＤにより観察した所、微結晶化していることが分かっ
た。また、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による堆積膜の
断面観察によっても微結晶層を確認することができた。
さらに、レーザーラマン分光法によっても同様の結論に
達したものである。
【００３３】図５は、図１における微結晶ｐ型半導体層
形成チャンバーの構造断面図である。高周波プラズマＣ
ＶＤ法による堆積膜形成チャンバーである。図５におい
て各部の名称は、５０１は堆積膜形成チャンバー、５０
２は帯状部材、５０３はガスゲート、５０４はゲートガ
ス導入手段、５０５は放電炉、５０６は帯状部材加熱手
段（ランプヒーター）、５０７は材料ガス供給手段、５
０８はフィン状高周波電極（カソード電極）、５０９は
排気手段、５１０は放電領域である。また、５１１の矢
印は帯状部材の移動方向、５１２の矢印は材料ガスの流
れる方向を示す。また、５１３は成膜領域調整手段であ
る。
形成チャンバーの構造断面図である。高周波プラズマＣ
ＶＤ法による堆積膜形成チャンバーである。図５におい
て各部の名称は、５０１は堆積膜形成チャンバー、５０
２は帯状部材、５０３はガスゲート、５０４はゲートガ
ス導入手段、５０５は放電炉、５０６は帯状部材加熱手
段（ランプヒーター）、５０７は材料ガス供給手段、５
０８はフィン状高周波電極（カソード電極）、５０９は
排気手段、５１０は放電領域である。また、５１１の矢
印は帯状部材の移動方向、５１２の矢印は材料ガスの流
れる方向を示す。また、５１３は成膜領域調整手段であ
る。
【００３４】次に図５における微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層
形成チャンバーによる微結晶ｐ型半導体層の形成手順を
説明する。まず、帯状部材５０２が張り渡された堆積膜
形成チャンバー５０１を排気手段５１１（不図示の排気
ポンプが外部にある）により減圧に排気する。両隣りの
チャンバーとの間のガスゲート５０３にゲートガス導入
手段５０４よりゲートガス（Ｈ２、Ｈｅ等）を流し隣接
チャンバーとのガス雰囲気を隔離する。次に一定供給量
に制御された材料ガスを材料ガス導入手段５０９により
帯状部材の移動方向下手側から導入し、上手側に流し、
圧力調整手段（不図示のコンダクタンス調整バルブ）に
より放電炉内の圧力を一定に保つ。帯状部材加熱手段５
０７及び、材料ガス及び放電炉部材加熱手段５１２によ
り帯状部材５０２及び放電炉５０５を一定の温度に制御
する。続いて、高周波電力をカソード電極５１０に印加
して放電を生起させて、材料ガスを分解して、帯状部材
５０２を一定の速度で移動させながら、該帯状部材上に
微結晶ｐ型膜を形成するものである。
形成チャンバーによる微結晶ｐ型半導体層の形成手順を
説明する。まず、帯状部材５０２が張り渡された堆積膜
形成チャンバー５０１を排気手段５１１（不図示の排気
ポンプが外部にある）により減圧に排気する。両隣りの
チャンバーとの間のガスゲート５０３にゲートガス導入
手段５０４よりゲートガス（Ｈ２、Ｈｅ等）を流し隣接
チャンバーとのガス雰囲気を隔離する。次に一定供給量
に制御された材料ガスを材料ガス導入手段５０９により
帯状部材の移動方向下手側から導入し、上手側に流し、
圧力調整手段（不図示のコンダクタンス調整バルブ）に
より放電炉内の圧力を一定に保つ。帯状部材加熱手段５
０７及び、材料ガス及び放電炉部材加熱手段５１２によ
り帯状部材５０２及び放電炉５０５を一定の温度に制御
する。続いて、高周波電力をカソード電極５１０に印加
して放電を生起させて、材料ガスを分解して、帯状部材
５０２を一定の速度で移動させながら、該帯状部材上に
微結晶ｐ型膜を形成するものである。
【００３５】図５の堆積膜形成チャンバーを使って非晶
質Ｓｉを１０００Å形成したステンレス（ＳＵＳ４３
０）製帯状部材上に微結晶ｐ型Ｓｉ半導体膜を実験的に
形成した。作製条件は、材料ガスとしてＳｉＨ4 １０
ｓｃｃｍ、Ｈ2 ３０００ｓｃｃｍ、ＢＦ3 １０ｓｃｃ
ｍ、１３．５６ＭＨｚ高周波電力０．５Ｗ／ｃｍ2（電
極面積あたり）、作製温度２００℃、圧力１．２Ｔｏｒ
ｒとした。形成された膜をＲＨＥＥＤにより観察した
所、微結晶化していることが分かった。また、ＴＥＭに
よる堆積膜の断面観察によっても同様の結果が得られ
た。さらに、レーザーラマン分光法によっても同様の結
論に達したものである。また、ＳＩＭＳ分析によると膜
中に１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の濃度でボロンが含
まれていることが分かった。
質Ｓｉを１０００Å形成したステンレス（ＳＵＳ４３
０）製帯状部材上に微結晶ｐ型Ｓｉ半導体膜を実験的に
形成した。作製条件は、材料ガスとしてＳｉＨ4 １０
ｓｃｃｍ、Ｈ2 ３０００ｓｃｃｍ、ＢＦ3 １０ｓｃｃ
ｍ、１３．５６ＭＨｚ高周波電力０．５Ｗ／ｃｍ2（電
極面積あたり）、作製温度２００℃、圧力１．２Ｔｏｒ
ｒとした。形成された膜をＲＨＥＥＤにより観察した
所、微結晶化していることが分かった。また、ＴＥＭに
よる堆積膜の断面観察によっても同様の結果が得られ
た。さらに、レーザーラマン分光法によっても同様の結
論に達したものである。また、ＳＩＭＳ分析によると膜
中に１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の濃度でボロンが含
まれていることが分かった。
【００３６】次に、Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ法による
図１の装置を用いてＳｉシングルセル型光起電力素子作
製の手順を述べる。まず、ボビン１１１にロール状に巻
かれた長尺の導電性磁性体帯状部材１０２を、繰り出し
チャンバー１０３から堆積膜形成用チャンバー１０５〜
１０８やガスゲート１０９を通して、巻き取りチャンバ
ー１０４に懸垂曲線状にテンションを掛けて張り渡す。
ガスゲート１０９内及び堆積膜形成用チャンバー１０５
〜１０８内には、マグネットローラー（不図示）が設置
され、張り渡された帯状部材１０２を引きつけて、帯状
部材の移動する軌道を固定している。
図１の装置を用いてＳｉシングルセル型光起電力素子作
製の手順を述べる。まず、ボビン１１１にロール状に巻
かれた長尺の導電性磁性体帯状部材１０２を、繰り出し
チャンバー１０３から堆積膜形成用チャンバー１０５〜
１０８やガスゲート１０９を通して、巻き取りチャンバ
ー１０４に懸垂曲線状にテンションを掛けて張り渡す。
ガスゲート１０９内及び堆積膜形成用チャンバー１０５
〜１０８内には、マグネットローラー（不図示）が設置
され、張り渡された帯状部材１０２を引きつけて、帯状
部材の移動する軌道を固定している。
【００３７】次に、装置１０１を、帯状部材１０２の繰
り出しチャンバー１０３、帯状部材の巻き取りチャンバ
ー１０４、堆積膜形成チャンバー１０５〜１０８それぞ
れに設けられた不図示の排気手段により１０Ｅ−３トー
ル台まで減圧に排気する。堆積膜形成用チャンバー１０
５〜１０８の堆積膜形成条件の独立性を維持するため
に、ガスゲート１０９には不活性ガスまたは水素ガスを
ゲートガスとしてゲートガス導入手段（不図示）から導
入する。堆積膜形成用チャンバー１０５〜１０８に、堆
積膜形成用原材料ガスをガス供給手段（不図示）より導
入し、チャンバー内の圧力を排気管（不図示）に設置さ
れた圧力調整手段（不図示）により一定に制御する。帯
状部材１０２および放電炉１１０の部材は、チャンバー
３〜７内に設置された加熱手段（不図示）により堆積膜
形成条件の温度に制御される。各チャンバーのカソード
電極に高周波電力を印加して放電空間に放電を生起す
る。
り出しチャンバー１０３、帯状部材の巻き取りチャンバ
ー１０４、堆積膜形成チャンバー１０５〜１０８それぞ
れに設けられた不図示の排気手段により１０Ｅ−３トー
ル台まで減圧に排気する。堆積膜形成用チャンバー１０
５〜１０８の堆積膜形成条件の独立性を維持するため
に、ガスゲート１０９には不活性ガスまたは水素ガスを
ゲートガスとしてゲートガス導入手段（不図示）から導
入する。堆積膜形成用チャンバー１０５〜１０８に、堆
積膜形成用原材料ガスをガス供給手段（不図示）より導
入し、チャンバー内の圧力を排気管（不図示）に設置さ
れた圧力調整手段（不図示）により一定に制御する。帯
状部材１０２および放電炉１１０の部材は、チャンバー
３〜７内に設置された加熱手段（不図示）により堆積膜
形成条件の温度に制御される。各チャンバーのカソード
電極に高周波電力を印加して放電空間に放電を生起す
る。
【００３８】次に、帯状部材１０２を連続的に繰り出し
チャンバー１０３のボビン１１１から繰り出しながら巻
さ取りチャンバー１０４へ移動させながら該帯状部材上
にｎ型半導体層、非晶質ｉ型半導体層、微結晶ｉ型半導
体層、微結晶ｐ型半導体層を順次堆積してＳｉシングル
セル型光起電力素子を形成するものである。また、光起
電力素子を形成された帯状部材１０２は、順次巻き取り
チャンバー１０４のボビン１１２に巻き取られるもので
ある。
チャンバー１０３のボビン１１１から繰り出しながら巻
さ取りチャンバー１０４へ移動させながら該帯状部材上
にｎ型半導体層、非晶質ｉ型半導体層、微結晶ｉ型半導
体層、微結晶ｐ型半導体層を順次堆積してＳｉシングル
セル型光起電力素子を形成するものである。また、光起
電力素子を形成された帯状部材１０２は、順次巻き取り
チャンバー１０４のボビン１１２に巻き取られるもので
ある。
【００３９】
【実施例】［実施例１］
図１の装置１０１によって、図９に示す層構成を持った
Ｓｉシングルセル型光起電力素子１２０１を作製した。
本光起電力素子９０１は、導電性帯状部材（ＳＵＳ４３
０）９０２の上に裏面反射層９０３、反射増加層９０
４、第１の導電型（ｎ型）層９０５、非晶質ｉ型Ｓｉ半
導体層９０６、微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層９０７、微結晶
ｐ型半導体層９０８、さらに透明導電膜９０９、集電電
極９１０を積層形成して構成される。帯状部材は、幅４
０ｃｍ、厚さ０．１４ｍｍで、長さ１０００ｍにわたり
光起電力素子を作製した。以下に具体的な製作手順を示
す。まず、十分に脱脂、洗浄を行った帯状部材上に、下
部電極として、スパッタリング法により、裏面反射層で
あるアルミニウム薄膜を１００ｎｍ、反射増加層である
ＺｎＯ薄膜を１μｍ蒸着した。その上に半導体層を前述
した図１に示すロール・ツー・ロール方式による連続形
成装置を使用して同様の手順により行なった。微結晶ｐ
型層形成チャンバーのカソード電極には、図６に示した
ような形状のしきり状電極を採用した。帯状部材とカソ
ード電極の一部であるしきり状電極との最近接距離が
０．５ｃｍとし、さらに、１８枚設置されたしきり状電
極どうしの間隔が５ｃｍ（すなはちカソード電極長１０
５ｃｍ）とし、また、しきり状電極の帯状部材の幅方向
の長さを５０ｃｍとし、導電性帯状部材を含む接地され
たアノード面積全体に対するカソード面積の比率を３．
０倍とした。次に、前記微結晶ｐ型半導体層の上に、透
明電極として、ＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3＋ＳｎＯ2）をスパッ
タリングにて８０ｎｍ蒸着し、さらに集電電極として、
Ａｌを真空蒸着にて２μｍ蒸着し、光起電力素子を作成
した。（素子−実１）以上の、光起電力素子の半導体層
の作成条件（使用材料ガス、ＲＦ電力、圧力、基板温
度）を表１に示す。
Ｓｉシングルセル型光起電力素子１２０１を作製した。
本光起電力素子９０１は、導電性帯状部材（ＳＵＳ４３
０）９０２の上に裏面反射層９０３、反射増加層９０
４、第１の導電型（ｎ型）層９０５、非晶質ｉ型Ｓｉ半
導体層９０６、微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層９０７、微結晶
ｐ型半導体層９０８、さらに透明導電膜９０９、集電電
極９１０を積層形成して構成される。帯状部材は、幅４
０ｃｍ、厚さ０．１４ｍｍで、長さ１０００ｍにわたり
光起電力素子を作製した。以下に具体的な製作手順を示
す。まず、十分に脱脂、洗浄を行った帯状部材上に、下
部電極として、スパッタリング法により、裏面反射層で
あるアルミニウム薄膜を１００ｎｍ、反射増加層である
ＺｎＯ薄膜を１μｍ蒸着した。その上に半導体層を前述
した図１に示すロール・ツー・ロール方式による連続形
成装置を使用して同様の手順により行なった。微結晶ｐ
型層形成チャンバーのカソード電極には、図６に示した
ような形状のしきり状電極を採用した。帯状部材とカソ
ード電極の一部であるしきり状電極との最近接距離が
０．５ｃｍとし、さらに、１８枚設置されたしきり状電
極どうしの間隔が５ｃｍ（すなはちカソード電極長１０
５ｃｍ）とし、また、しきり状電極の帯状部材の幅方向
の長さを５０ｃｍとし、導電性帯状部材を含む接地され
たアノード面積全体に対するカソード面積の比率を３．
０倍とした。次に、前記微結晶ｐ型半導体層の上に、透
明電極として、ＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3＋ＳｎＯ2）をスパッ
タリングにて８０ｎｍ蒸着し、さらに集電電極として、
Ａｌを真空蒸着にて２μｍ蒸着し、光起電力素子を作成
した。（素子−実１）以上の、光起電力素子の半導体層
の作成条件（使用材料ガス、ＲＦ電力、圧力、基板温
度）を表１に示す。
【００４０】
【表１】
実施例１において作製した光起電力素子の光電変換性能
を評価するために、以下の比較検討を行った。
を評価するために、以下の比較検討を行った。
【００４１】（比較例１）
比較の為に、微結晶ｉ型半導体層を付けないＳｉシング
ルセルを作製した。（素子−Ａ）この素子−Ａの作製は
図１の装置において微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層形成チャン
バー１０７で放電を生起させないこと以外は素子−実１
の作製手順に従って行なった。又、素子−実１の微結晶
ｉ型半導体層のかわりに同等の厚み（１０ｎｍ）を非晶
質ｉ型半導体層に加えた光起電力素子を作製した。（素
子−Ｂ）この素子−Ｂの作製は図１の装置において微結
晶ｉ型半導体層形成チャンバー１０７で放電を生起させ
ず、かつ非晶質ｉ型半導体層形成チャンバー１０６で形
成する非晶質ｉ型Ｓｉ半導体を１０ｎｍ厚く付けて作製
し、それ以外は素子−実１の作製手順に従って行なっ
た。実施例１及び比較例１で作成した上記３種の光起電
力素子の評価を行なった。電流電圧特性は、帯状部材幅
方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角の面積
で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射
下に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。その結
果を表２に示す。各値は、素子−比１の各特性を１．０
０とした場合の任意値である。本発明の装置により微結
晶ｉ型層を設けた素子−実１では、設けない素子−Ａ、
Ｂに比ベフィルファクターの向上が認められた結果、変
換効率が１．０７倍に向上した。
ルセルを作製した。（素子−Ａ）この素子−Ａの作製は
図１の装置において微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層形成チャン
バー１０７で放電を生起させないこと以外は素子−実１
の作製手順に従って行なった。又、素子−実１の微結晶
ｉ型半導体層のかわりに同等の厚み（１０ｎｍ）を非晶
質ｉ型半導体層に加えた光起電力素子を作製した。（素
子−Ｂ）この素子−Ｂの作製は図１の装置において微結
晶ｉ型半導体層形成チャンバー１０７で放電を生起させ
ず、かつ非晶質ｉ型半導体層形成チャンバー１０６で形
成する非晶質ｉ型Ｓｉ半導体を１０ｎｍ厚く付けて作製
し、それ以外は素子−実１の作製手順に従って行なっ
た。実施例１及び比較例１で作成した上記３種の光起電
力素子の評価を行なった。電流電圧特性は、帯状部材幅
方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角の面積
で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射
下に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。その結
果を表２に示す。各値は、素子−比１の各特性を１．０
０とした場合の任意値である。本発明の装置により微結
晶ｉ型層を設けた素子−実１では、設けない素子−Ａ、
Ｂに比ベフィルファクターの向上が認められた結果、変
換効率が１．０７倍に向上した。
【００４２】
【表２】
（比較例２）
微結晶ｉ型層が微結晶として形成される作製条件を調べ
た。非晶質のｉ型層までは実施例１と同様の手順により
作製し、その上に微結晶のｉ型層を形成すべく表３に示
す作製条件で堆積膜を形成し、ｐ型層は形成せず積層膜
を取り出し、該堆積膜の結晶性をＴＥＭ（透過型電子顕
微鏡）写真により評価した。微結晶ｉ型層の作製条件及
び結晶性を表４に示す。その結果、放電空間へのＨ2ガ
ス供給量がＳｉＨ4ガス供給量の５０倍以上で、電極上
の高周波電力密度が０．２（Ｗ／ｃｍ2）以上の条件で
作製した、層厚５ｎｍ以上の堆積膜が微結晶化している
ことが確認された。
た。非晶質のｉ型層までは実施例１と同様の手順により
作製し、その上に微結晶のｉ型層を形成すべく表３に示
す作製条件で堆積膜を形成し、ｐ型層は形成せず積層膜
を取り出し、該堆積膜の結晶性をＴＥＭ（透過型電子顕
微鏡）写真により評価した。微結晶ｉ型層の作製条件及
び結晶性を表４に示す。その結果、放電空間へのＨ2ガ
ス供給量がＳｉＨ4ガス供給量の５０倍以上で、電極上
の高周波電力密度が０．２（Ｗ／ｃｍ2）以上の条件で
作製した、層厚５ｎｍ以上の堆積膜が微結晶化している
ことが確認された。
【００４３】
【表３】
（比較例３）
微結晶化したｐ型層の形成条件、および光起電力素子の
電流電圧特性（光電変換特性）を、ｐ型層に接するｉ型
層表面の結晶性に対しての依存性およびｐ型層形成条件
（原料ガス供給量、高周波電力供給量）に対する依存性
として調べた。非晶質のｉ型層までは実施例１と同様の
手順により作製し、その上に微結晶ｉ型層、および微結
晶にすべくｐ型層を形成して試料とした。試料の断面を
比較例２と同様にＴＥＭで観察し、ｐ型層の結晶性を評
価した。さらに、試料に実施例１と同等の透明導電膜を
形成し、集電電極を形成して光起電力素子の電流電圧特
性（光電変換特性）を評価した。電流電圧特性は、帯状
部材幅方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角
の面積で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）
光照射下に設置し、電流電圧特性を測定し、評価した。
試料の形成条件と微結晶性の評価結果を表４に示した。
ｐ型層の結晶性は、微結晶が認められた試料の欄には○
印、認められなかった試料の欄には×印を記した。光起
電力素子の電流電圧特性は、最も良好な数値の９５％以
上の値を得た試料の欄には〇印、９０％以上の値を得た
試料の欄には△印、９０％未満の値を得た試料の欄には
×印を記した。評価結果より、微結晶ｉ型層が非晶質ｉ
型層上に介在することで、ｐ型層の微結晶化が促進され
ることが判明した。すなはち、５ｎｍÅ程度の薄い層厚
でも微結晶性が確認できた。また、５０％というＳｉＨ
4ガス流量に対する高いドーピングガスＢＦ3濃度に対し
ても微結晶性が確認でき、光起電力素子の電流電圧特性
においても良好であった。
電流電圧特性（光電変換特性）を、ｐ型層に接するｉ型
層表面の結晶性に対しての依存性およびｐ型層形成条件
（原料ガス供給量、高周波電力供給量）に対する依存性
として調べた。非晶質のｉ型層までは実施例１と同様の
手順により作製し、その上に微結晶ｉ型層、および微結
晶にすべくｐ型層を形成して試料とした。試料の断面を
比較例２と同様にＴＥＭで観察し、ｐ型層の結晶性を評
価した。さらに、試料に実施例１と同等の透明導電膜を
形成し、集電電極を形成して光起電力素子の電流電圧特
性（光電変換特性）を評価した。電流電圧特性は、帯状
部材幅方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角
の面積で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）
光照射下に設置し、電流電圧特性を測定し、評価した。
試料の形成条件と微結晶性の評価結果を表４に示した。
ｐ型層の結晶性は、微結晶が認められた試料の欄には○
印、認められなかった試料の欄には×印を記した。光起
電力素子の電流電圧特性は、最も良好な数値の９５％以
上の値を得た試料の欄には〇印、９０％以上の値を得た
試料の欄には△印、９０％未満の値を得た試料の欄には
×印を記した。評価結果より、微結晶ｉ型層が非晶質ｉ
型層上に介在することで、ｐ型層の微結晶化が促進され
ることが判明した。すなはち、５ｎｍÅ程度の薄い層厚
でも微結晶性が確認できた。また、５０％というＳｉＨ
4ガス流量に対する高いドーピングガスＢＦ3濃度に対し
ても微結晶性が確認でき、光起電力素子の電流電圧特性
においても良好であった。
【００４４】
【表４−１】
【００４５】
【表４−２】
【００４６】
【表４−３】
その他ｐ型層作製条件
ＲＦ電力０．０２ｗ／ｃｍ3、カソード電極の自己バイ
アス＋１００〜＋１５０（ｖ） 圧力１．２Ｔｏｒｒ 基板温度２００℃ （比較例４） 微結晶ｉ型層の結晶度を層厚方向でいくつかのパターン
で変化させた。ｐ型層に向かって結晶度を上げる場合と
下げる場合を設定し、作製した光起電力素子の電圧電流
特性を比較した。ｐ型層に向かって結晶度をあげる場合
は、原料ガスを帯状部材の搬送方向の上手方向から導入
し、下手方向に流した。ｐ型層に向かって結晶度を下げ
る場合は、原料ガスを帯状部材の搬送方向下手方向から
導入し、上手方向に流した。作製した光起電力素子の電
流電圧特性を表５に示す。
アス＋１００〜＋１５０（ｖ） 圧力１．２Ｔｏｒｒ 基板温度２００℃ （比較例４） 微結晶ｉ型層の結晶度を層厚方向でいくつかのパターン
で変化させた。ｐ型層に向かって結晶度を上げる場合と
下げる場合を設定し、作製した光起電力素子の電圧電流
特性を比較した。ｐ型層に向かって結晶度をあげる場合
は、原料ガスを帯状部材の搬送方向の上手方向から導入
し、下手方向に流した。ｐ型層に向かって結晶度を下げ
る場合は、原料ガスを帯状部材の搬送方向下手方向から
導入し、上手方向に流した。作製した光起電力素子の電
流電圧特性を表５に示す。
【００４７】
【表５】
原料ガスを帯状部材の搬送方向の上手から導入し、下手
方向に流し、堆積膜の結晶性をｐ型層に向かって向上さ
せる方が、光起電力素子の性能はＦＦが高かった。
方向に流し、堆積膜の結晶性をｐ型層に向かって向上さ
せる方が、光起電力素子の性能はＦＦが高かった。
【００４８】（比較例５）
実施例１において作製した光起電力素子の光電変換性能
を評価するために、以下の比較検討を行なった。実施例
と同様の手順で、微結晶ｉ型層および微結晶ｐ型半導体
層の厚み及びｐ型不純物濃度をさまざまに変化させて光
起電力素子を作製した。非晶質ｉ型層の上に微結晶ｐ型
層を形成して光起電力素子とし、そのｐ型不純物濃度を
変化させて、実施例１および比較例５で作成した光起電
力素子の電流電圧特性の評価を行なった。電流電圧特性
は、帯状部材幅方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から
５ｃｍ角の面積で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／
ｃｍ2）光照射下に設置し、光電変換効率等を測定し、
評価した。その結果を表６に示す。各値は、実施例１の
各特性を１．００とした場合の任意値である。表中、変
換効率、開放電圧、短絡電流、フィルファクターの値
は、最高の値を１とし、最高値に対して９５％以上の値
でほぼ同等の性能と認められる場合には○印、９０％〜
９５％未満でやや劣る場合には△印、９０％未満でかな
り劣る場合には×印を記した。また、堆積膜中の不純物
濃度（組成分析）は２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）に
より確定した。
を評価するために、以下の比較検討を行なった。実施例
と同様の手順で、微結晶ｉ型層および微結晶ｐ型半導体
層の厚み及びｐ型不純物濃度をさまざまに変化させて光
起電力素子を作製した。非晶質ｉ型層の上に微結晶ｐ型
層を形成して光起電力素子とし、そのｐ型不純物濃度を
変化させて、実施例１および比較例５で作成した光起電
力素子の電流電圧特性の評価を行なった。電流電圧特性
は、帯状部材幅方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から
５ｃｍ角の面積で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／
ｃｍ2）光照射下に設置し、光電変換効率等を測定し、
評価した。その結果を表６に示す。各値は、実施例１の
各特性を１．００とした場合の任意値である。表中、変
換効率、開放電圧、短絡電流、フィルファクターの値
は、最高の値を１とし、最高値に対して９５％以上の値
でほぼ同等の性能と認められる場合には○印、９０％〜
９５％未満でやや劣る場合には△印、９０％未満でかな
り劣る場合には×印を記した。また、堆積膜中の不純物
濃度（組成分析）は２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）に
より確定した。
【００４９】
【表６】
表６より、微結晶ｐ型層の厚みが２００Å程度に厚くな
るとフィルファクターの低下がみられ、また、ｐ型層の
ｐ型不純物濃度の最大値が１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以
下であると開放電圧の低下が見られた。
るとフィルファクターの低下がみられ、また、ｐ型層の
ｐ型不純物濃度の最大値が１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以
下であると開放電圧の低下が見られた。
【００５０】（比較例６）
微結晶ｐ型層のｐ型不純物濃度の層厚方向の分布を、層
厚方向に均一（比較素子１−２Ａ）、ｐ型層最表面が濃
くｉ型層に向かって薄くなる（比較素子１−２Ｂ）、ｐ
型層最表面が薄くｉ型層に向かって濃くなる（比較素子
１−２Ｃ）の３種類を作製した。比較例５の場合と同様
に、作製した素子の電流電圧特性を測定、評価した。結
果を表７に示す。
厚方向に均一（比較素子１−２Ａ）、ｐ型層最表面が濃
くｉ型層に向かって薄くなる（比較素子１−２Ｂ）、ｐ
型層最表面が薄くｉ型層に向かって濃くなる（比較素子
１−２Ｃ）の３種類を作製した。比較例５の場合と同様
に、作製した素子の電流電圧特性を測定、評価した。結
果を表７に示す。
【００５１】
【表７】
素子の電流電圧特性は、ｐ型層不純物濃度がｉ層に向か
って減少する濃度分布を有する素子において高い変換効
率が得られた。
って減少する濃度分布を有する素子において高い変換効
率が得られた。
【００５２】（比較例７）
非晶質ｉ型層と微結晶ｐ型層の間に非晶質ｉ型層の層厚
を介在させ、該微結晶ｉ型層とｐ型微結晶層の層厚を変
化させて、それ以外は実施例１と同等の光起電力素子を
実施例１と同様の手順で作製した。微結晶ｐ型層のｐ型
不純物濃度は表面で１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度と
し、ｉ層側へ濃度が減少する分布を有するようにした。
比較例５の場合と同様に、作製した素子の電流電圧特性
を測定、評価した。結果を表８に示す。表中、変換効
率、開放電圧、短絡電流、フィルファクターの値が実施
例に対して９５％以上の値で性能がほぼ同等と認められ
る場合には〇印、９０％〜９５％未満でやや劣る場合に
は△印、９０％未満でかなり劣る場合には×印を記し
た。
を介在させ、該微結晶ｉ型層とｐ型微結晶層の層厚を変
化させて、それ以外は実施例１と同等の光起電力素子を
実施例１と同様の手順で作製した。微結晶ｐ型層のｐ型
不純物濃度は表面で１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度と
し、ｉ層側へ濃度が減少する分布を有するようにした。
比較例５の場合と同様に、作製した素子の電流電圧特性
を測定、評価した。結果を表８に示す。表中、変換効
率、開放電圧、短絡電流、フィルファクターの値が実施
例に対して９５％以上の値で性能がほぼ同等と認められ
る場合には〇印、９０％〜９５％未満でやや劣る場合に
は△印、９０％未満でかなり劣る場合には×印を記し
た。
【００５３】
【表８】
変換効率等の電流電圧特性は微結晶層ｉ型層の層厚が５
０〜１００Å、かつ微結晶ｐ型半導体層の層厚が１００
〜１５０Å（詳細な実験からは８０〜１５０Åが適当と
判明）の光起電力素子において高い光電変換効率が得ら
れた。以上実施例１、及び比較例５、６、７より本発明
に基づいて作製されＳｉシングルセル型光起電力素子の
光電変換特性の優秀さが示された。
０〜１００Å、かつ微結晶ｐ型半導体層の層厚が１００
〜１５０Å（詳細な実験からは８０〜１５０Åが適当と
判明）の光起電力素子において高い光電変換効率が得ら
れた。以上実施例１、及び比較例５、６、７より本発明
に基づいて作製されＳｉシングルセル型光起電力素子の
光電変換特性の優秀さが示された。
【００５４】［実施例２］
本発明に基づき図１０に示す層構成を持ったＳｉＧｅシ
ングルセル型光起電力素子を、実施例１と同様の手順に
より表６の条件で作製した。（素子−実２）本光起電力
素子１００１は、導電性帯状部材（ＳＵＳ４３０）１０
０２上に裏面反射層１００３、反射増加層１００４、第
１の導電型層である非晶質ｎ型Ｓｉ半導体層１００５、
非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層１００６、非晶質ｉ型ＳｉＧｅ
半導体層１００７、非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層１００８、
微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層１００９、第２の導電型層であ
る微結晶ｐ型Ｓｉ半導体層１０１０、さらに透明導電膜
１０１１、集電電極１０１２を積層形成して構成され
る。
ングルセル型光起電力素子を、実施例１と同様の手順に
より表６の条件で作製した。（素子−実２）本光起電力
素子１００１は、導電性帯状部材（ＳＵＳ４３０）１０
０２上に裏面反射層１００３、反射増加層１００４、第
１の導電型層である非晶質ｎ型Ｓｉ半導体層１００５、
非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層１００６、非晶質ｉ型ＳｉＧｅ
半導体層１００７、非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層１００８、
微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層１００９、第２の導電型層であ
る微結晶ｐ型Ｓｉ半導体層１０１０、さらに透明導電膜
１０１１、集電電極１０１２を積層形成して構成され
る。
【００５５】半導体層の形成には、各半導体層に対応し
た堆積膜形成チャンバーを有する、図２に示すロール・
ツー・ロール方式によるシングルセル連続形成装置を使
用した。図２において、２０１は堆積膜形成装置の全体
を示す。２０３は長尺の帯状部材２０２の繰り出しチャ
ンバー、２０４は帯状部材２０２の巻き取りチャンバ
ー、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０
は堆積膜形成チャンバーで、２０５は前記第１の導電型
層としての非晶質ｎ型Ｓｉ半導体層を、２０６は前記非
晶質ｉ型Ｓｉ半導体層を、２０７は前記非晶質ｉ型Ｓｉ
Ｇｅ半導体層を、２０８は前記非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層
を、２０９は前記微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層を、２１０は
前記微結晶ｐ型Ｓｉ半導体層を形成するチャンバーであ
る。２１２は放電空間である。２１１はガスゲート、２
１３、２１４はボビンである。各半導体層を形成するチ
ャンバーがガスゲートを介して連なり放電空間の独立性
が維持されている。
た堆積膜形成チャンバーを有する、図２に示すロール・
ツー・ロール方式によるシングルセル連続形成装置を使
用した。図２において、２０１は堆積膜形成装置の全体
を示す。２０３は長尺の帯状部材２０２の繰り出しチャ
ンバー、２０４は帯状部材２０２の巻き取りチャンバ
ー、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０
は堆積膜形成チャンバーで、２０５は前記第１の導電型
層としての非晶質ｎ型Ｓｉ半導体層を、２０６は前記非
晶質ｉ型Ｓｉ半導体層を、２０７は前記非晶質ｉ型Ｓｉ
Ｇｅ半導体層を、２０８は前記非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層
を、２０９は前記微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層を、２１０は
前記微結晶ｐ型Ｓｉ半導体層を形成するチャンバーであ
る。２１２は放電空間である。２１１はガスゲート、２
１３、２１４はボビンである。各半導体層を形成するチ
ャンバーがガスゲートを介して連なり放電空間の独立性
が維持されている。
【００５６】図７は非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導体層形成チ
ャンバー２０７の構造断面図であり、マイクロ波プラズ
マＣＶＤ法による堆積膜形成チャンバーである。次に、
図７において各部の名称は、７０１は堆積膜形成チャン
バー、７０２は帯状部材、７０３はガスゲート、７０４
はゲートガス導入手段、７０５は放電炉、７０６は帯状
部材加熱手段（ランプヒーター）、７０７は材料ガス供
給手段、７０８はマイクロ波導入手段、７０９は高周波
導入手段、７１０は排気手段、７１１は放電領域であ
る。また７１２の矢印は帯状部材の移動方向を示し、７
１３は成膜領域調整手段である。次に図７における非晶
質ｉ型ＳｉＧｅ半導体層形成チャンバーによる非晶質ｉ
型ＳｉＧｅ半導体層の形成手順を説明する。まず、帯状
部材７０２が張り渡された堆積膜形成チャンバー７０１
を排気手段７１０により減圧に排気する。次に一定供給
量に制御された材料ガスを材料ガス導入手段７０７によ
り放電空間７１１に導入し、圧力調整手段（不図示）に
より放電炉内の圧力を一定に保つ。帯状部材加熱手段７
０６及び、材料ガス及び放電炉部材加熱手段により帯状
部材７０２及び放電炉７０５を一定の温度に制御する。
続いて、マイクロ波及び高周波電力を印加して放電を生
起させて、材料ガスを分解して、帯状部材７０２を一定
の速度で移動させながら、該帯状部材上に非晶質ｉ型Ｓ
ｉＧｅを形成するものである。
ャンバー２０７の構造断面図であり、マイクロ波プラズ
マＣＶＤ法による堆積膜形成チャンバーである。次に、
図７において各部の名称は、７０１は堆積膜形成チャン
バー、７０２は帯状部材、７０３はガスゲート、７０４
はゲートガス導入手段、７０５は放電炉、７０６は帯状
部材加熱手段（ランプヒーター）、７０７は材料ガス供
給手段、７０８はマイクロ波導入手段、７０９は高周波
導入手段、７１０は排気手段、７１１は放電領域であ
る。また７１２の矢印は帯状部材の移動方向を示し、７
１３は成膜領域調整手段である。次に図７における非晶
質ｉ型ＳｉＧｅ半導体層形成チャンバーによる非晶質ｉ
型ＳｉＧｅ半導体層の形成手順を説明する。まず、帯状
部材７０２が張り渡された堆積膜形成チャンバー７０１
を排気手段７１０により減圧に排気する。次に一定供給
量に制御された材料ガスを材料ガス導入手段７０７によ
り放電空間７１１に導入し、圧力調整手段（不図示）に
より放電炉内の圧力を一定に保つ。帯状部材加熱手段７
０６及び、材料ガス及び放電炉部材加熱手段により帯状
部材７０２及び放電炉７０５を一定の温度に制御する。
続いて、マイクロ波及び高周波電力を印加して放電を生
起させて、材料ガスを分解して、帯状部材７０２を一定
の速度で移動させながら、該帯状部材上に非晶質ｉ型Ｓ
ｉＧｅを形成するものである。
【００５７】
【表９】
（比較例８）
実施例２と同様の手順で、微結晶ｉ型層を介在させない
光起電力素子（素子−Ｃ）、微結晶ｉ型層分の厚みを非
晶質ｉ型層で置き換えた光起電力素子（素子−Ｄ）を作
製した。実施例１および比較例１、２で作成した光起電
力素子の評価を行なった。電流電圧特性は、帯状部材幅
方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角の面積
で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射
下に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。
光起電力素子（素子−Ｃ）、微結晶ｉ型層分の厚みを非
晶質ｉ型層で置き換えた光起電力素子（素子−Ｄ）を作
製した。実施例１および比較例１、２で作成した光起電
力素子の評価を行なった。電流電圧特性は、帯状部材幅
方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角の面積
で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射
下に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。
【００５８】（比較例９）
比較の為に、微結晶ｉ型半導体層を付けないＳｉシング
ルセルを作製した（素子−Ｃ）。この素子−Ｃの作製は
図１の装置において微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層形成チャン
バー１０７で放電を生起させないこと以外は素子−実２
の作製手順に従って行なった。又、素子−実１の微結晶
ｉ型半導体層のかわりに同等の厚み（１０ｎｍ）を非晶
質ｉ型Ｓｉ半導体層に加えた光起電力素子を作製した
（素子−Ｄ）。この素子−Ｄの作製は図１の装置におい
て微結晶ｉ型半導体層形成チャンバー１０７で非晶質ｉ
型Ｓｉ半導体層を１０ｎｍ付けること以外は素子−実２
の作製手順に従って行なった。作成した上記３種の光起
電力素子の評価を行なった。電流電圧特性は、帯状部材
幅方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角の面
積で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照
射下に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。その
結果を表１０に示す。各値は、素子−比１の各特性を
１．００とした場合の任意値である。本発明の装置によ
り微結晶ｉ型層を設けた素子−実２では、設けない素子
−Ｃ、Ｄに比べフィルファクターの向上が認められた結
果、変換効率が１．０７倍に向上した。
ルセルを作製した（素子−Ｃ）。この素子−Ｃの作製は
図１の装置において微結晶ｉ型Ｓｉ半導体層形成チャン
バー１０７で放電を生起させないこと以外は素子−実２
の作製手順に従って行なった。又、素子−実１の微結晶
ｉ型半導体層のかわりに同等の厚み（１０ｎｍ）を非晶
質ｉ型Ｓｉ半導体層に加えた光起電力素子を作製した
（素子−Ｄ）。この素子−Ｄの作製は図１の装置におい
て微結晶ｉ型半導体層形成チャンバー１０７で非晶質ｉ
型Ｓｉ半導体層を１０ｎｍ付けること以外は素子−実２
の作製手順に従って行なった。作成した上記３種の光起
電力素子の評価を行なった。電流電圧特性は、帯状部材
幅方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角の面
積で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照
射下に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。その
結果を表１０に示す。各値は、素子−比１の各特性を
１．００とした場合の任意値である。本発明の装置によ
り微結晶ｉ型層を設けた素子−実２では、設けない素子
−Ｃ、Ｄに比べフィルファクターの向上が認められた結
果、変換効率が１．０７倍に向上した。
【００５９】
【表１０】
（比較例１０）
微結晶化したｐ型層の形成条件、および光起電力素子の
電流電圧特性（光電変換特性）を、ｐ型層に接するｉ型
層表面の結晶性に対しての依存性およびｐ型層形成条件
（原料ガス供給量、高周波電力供給量）に対する依存性
として調べた。非晶質のｉ型層までは実施例２と同様の
手順により作製し、その上に微結晶ｉ型層、および微結
晶にすべくｐ型層を形成して試料とした。試料の断面を
比較例２と同様にＴＥＭで観察し、ｐ型層の結晶性を評
価した。さらに、試料に実施例１と同等の透明導電膜を
形成し、集電電極を形成して光起電力素子の電流電圧特
性（光電変換特性）を評価した。電流電圧特性は、帯状
部材幅方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角
の面積で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）
光照射下に設置し、電流電圧特性を測定し、評価した。
試料の形成条件と微結晶性の評価結果を表１１に示し
た。ｐ型層の結晶性は、微結晶が認められた試料の欄に
は○印、認められなかった試料の欄には×印を記した。
光起電力素子の電流電圧特性は、最も良好な数値の９５
％以上の値を得た試料の欄には〇印、９０％以上の値を
得た試料の欄には△印、９０％未満の値を得た試料の欄
には×印を記した。評価結果より、微結晶ｉ型層が非晶
質ｉ型層上に介在することで、ｐ型層の微結晶化が促進
されることが判明した。すなはち、５ｎｍÅ程度の薄い
層厚でも微結晶性が確認できた。また、５０％というＳ
ｉＨ4ガス流量に対する高いドーピングガスＢＦ3濃度に
対しても微結晶性が確認でき、光起電力素子の電流電圧
特性においても良好であった。
電流電圧特性（光電変換特性）を、ｐ型層に接するｉ型
層表面の結晶性に対しての依存性およびｐ型層形成条件
（原料ガス供給量、高周波電力供給量）に対する依存性
として調べた。非晶質のｉ型層までは実施例２と同様の
手順により作製し、その上に微結晶ｉ型層、および微結
晶にすべくｐ型層を形成して試料とした。試料の断面を
比較例２と同様にＴＥＭで観察し、ｐ型層の結晶性を評
価した。さらに、試料に実施例１と同等の透明導電膜を
形成し、集電電極を形成して光起電力素子の電流電圧特
性（光電変換特性）を評価した。電流電圧特性は、帯状
部材幅方向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角
の面積で切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）
光照射下に設置し、電流電圧特性を測定し、評価した。
試料の形成条件と微結晶性の評価結果を表１１に示し
た。ｐ型層の結晶性は、微結晶が認められた試料の欄に
は○印、認められなかった試料の欄には×印を記した。
光起電力素子の電流電圧特性は、最も良好な数値の９５
％以上の値を得た試料の欄には〇印、９０％以上の値を
得た試料の欄には△印、９０％未満の値を得た試料の欄
には×印を記した。評価結果より、微結晶ｉ型層が非晶
質ｉ型層上に介在することで、ｐ型層の微結晶化が促進
されることが判明した。すなはち、５ｎｍÅ程度の薄い
層厚でも微結晶性が確認できた。また、５０％というＳ
ｉＨ4ガス流量に対する高いドーピングガスＢＦ3濃度に
対しても微結晶性が確認でき、光起電力素子の電流電圧
特性においても良好であった。
【００６０】
【表１１−１】
【００６１】
【表１１−２】
【００６２】
【表１１−３】
（比較例１１）
実施例２において作製した光起電力素子の光電変換性能
を評価するために、以下の比較検討を行なった。実施例
と同様の手順で、非晶質ｉ型シリコン層（第２の導電型
層側）、微結晶ｉ型層および微結晶ｐ型半導体層の厚み
をさまざまに変化させて光起電力素子を作製した。実施
例１および比較例５で作成した光起電力素子の電流電圧
特性の評価を行なった。電流電圧特性は、帯状部材幅方
向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角の面積で
切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下
に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。その結果
を表６に示す。各値は、実施例１の各特性を１．００と
した場合の任意値である。微結晶ｐ型層のｐ型不純物濃
度は表面で１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度とし、ｉ層側
へ濃度が減少する分布を有するようにした。比較例５の
場合と同様に、作製した素子の電流電圧特性を測定、評
価した。結果を表１２に示す。表中、変換効率、開放電
圧、短絡電流、フィルファクターの値が実施例に対して
９５％以上の値で性能がほぼ同等と認められる場合には
〇印、９０％〜９５％未満でやや劣る場合には△印、９
０％末満のかなり劣る場合には×印を記した。
を評価するために、以下の比較検討を行なった。実施例
と同様の手順で、非晶質ｉ型シリコン層（第２の導電型
層側）、微結晶ｉ型層および微結晶ｐ型半導体層の厚み
をさまざまに変化させて光起電力素子を作製した。実施
例１および比較例５で作成した光起電力素子の電流電圧
特性の評価を行なった。電流電圧特性は、帯状部材幅方
向中央部、端部（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角の面積で
切出し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下
に設置し、光電変換効率を測定し、評価した。その結果
を表６に示す。各値は、実施例１の各特性を１．００と
した場合の任意値である。微結晶ｐ型層のｐ型不純物濃
度は表面で１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度とし、ｉ層側
へ濃度が減少する分布を有するようにした。比較例５の
場合と同様に、作製した素子の電流電圧特性を測定、評
価した。結果を表１２に示す。表中、変換効率、開放電
圧、短絡電流、フィルファクターの値が実施例に対して
９５％以上の値で性能がほぼ同等と認められる場合には
〇印、９０％〜９５％未満でやや劣る場合には△印、９
０％末満のかなり劣る場合には×印を記した。
【００６３】
【表１２−１】
【００６４】
【表１２−２】
【００６５】
【表１２−３】
【００６６】
【表１２−４】
【００６７】
【表１２−５】
【００６８】
【表１２−６】
変換効率等の電流電圧特性は、非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層
の層厚が５０〜１５０Å、微結晶層ｉ型層の層厚が５０
〜１００Å、かつ微結晶ｐ型半導体層の層厚が１００〜
１５０Å（詳細な実験からは８０〜１５０Åが適当と判
明）の光起電力素子において高い光電変換効率が得られ
た。以上実施例２、及び比較例より本発明に基づいて作
製されたＳｉＧｅシンングルセル型光起電力素子の光電
変換特性の優秀さが示された。
の層厚が５０〜１５０Å、微結晶層ｉ型層の層厚が５０
〜１００Å、かつ微結晶ｐ型半導体層の層厚が１００〜
１５０Å（詳細な実験からは８０〜１５０Åが適当と判
明）の光起電力素子において高い光電変換効率が得られ
た。以上実施例２、及び比較例より本発明に基づいて作
製されたＳｉＧｅシンングルセル型光起電力素子の光電
変換特性の優秀さが示された。
【００６９】［実施例３］
半導体層形成には、図３に示すようなロール・ツー・ロ
ール（Ｒｏｌｌ ｔｏＲｏ１１）方式を採用したプラズ
マＣＶＤ法によるトリプルセル連続形成装置を使用し
た。図３において各部の名称は、３０１は堆積膜形成装
置の全体を示す。３０２は長尺の導電性磁性体帯状部
材、３０３は帯状部材の繰り出しチャンバー、３０４は
帯状部材の巻き取りチャンバー、３０５はボトムセル作
製担当部分、３０６はミドルセル担当部分、３０７はボ
トムセル担当部分、３０８、３１４、３２０はｎ型半導
体層形成チャンバーを、３０９、３１５、３２１は非晶
質ｉ型Ｓｉ層形成チャンバーを、３１０、３１１、３１
６、３１７は非晶質ｉ型ＳｉＧｅ層形成チャンバーを、
３１２、３１８、３２２は微結晶ｉ型Ｓｉ層形成チャン
バー、３１３、３１９、３２３は微結晶ｐ型半導体層形
成チャンバーである。３２５は放電炉である。３２４は
ガスゲート、３２６、３２７はボビンである。ボトムセ
ル作製担当部分、及びミドルセル作製担当部分は装置例
２を、トップセル作製担当部分は装置例１を採用してい
る。図３の装置を用いて、図１１に示す層構成を持った
ＳｉＧｅ＼ＳｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセル型光起電力素子
１１０１を、実施例１および２と同様の手順により、表
１３の条件により作製した。本光起電力素子１１０１
は、導電性帯状部材（ＳＵＳ４３０）１１０２の上に裏
面反射層１１０３、反射増加層１１０４、ボトムＳｉＧ
ｅセル１１０５（ｎ型半導体層１１０８、非晶質ｉ型Ｓ
ｉ半導体バッファ層１１０９、非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導
体層１１１０、非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導体バッファ層１
１１１、微結晶ｉ型半導体バッファ層１１１２、微結晶
ｐ型半導体層１１１３）、ミドルＳｉＧｅセル１１０６
（ｎ型半導体層１１１４、非晶質ｉ型Ｓｉ半導体バッフ
ァ層１１１５、非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導体層１１１６、
非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導体バッファ層１１１７、微結晶
ｉ型半導体バッファ層１１１８、微結晶ｐ型半導体層１
１１９）、トップＳｉセル１１０７（ｎ型半導体層１１
２０、非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層１１２１、微結晶ｉ型Ｓ
ｉ半導体バッファ層１１２２、微結晶ｐ型半導体層１１
２３）、さらに透明導電膜１１２４、集電電極１１２５
を積層形成して構成される。
ール（Ｒｏｌｌ ｔｏＲｏ１１）方式を採用したプラズ
マＣＶＤ法によるトリプルセル連続形成装置を使用し
た。図３において各部の名称は、３０１は堆積膜形成装
置の全体を示す。３０２は長尺の導電性磁性体帯状部
材、３０３は帯状部材の繰り出しチャンバー、３０４は
帯状部材の巻き取りチャンバー、３０５はボトムセル作
製担当部分、３０６はミドルセル担当部分、３０７はボ
トムセル担当部分、３０８、３１４、３２０はｎ型半導
体層形成チャンバーを、３０９、３１５、３２１は非晶
質ｉ型Ｓｉ層形成チャンバーを、３１０、３１１、３１
６、３１７は非晶質ｉ型ＳｉＧｅ層形成チャンバーを、
３１２、３１８、３２２は微結晶ｉ型Ｓｉ層形成チャン
バー、３１３、３１９、３２３は微結晶ｐ型半導体層形
成チャンバーである。３２５は放電炉である。３２４は
ガスゲート、３２６、３２７はボビンである。ボトムセ
ル作製担当部分、及びミドルセル作製担当部分は装置例
２を、トップセル作製担当部分は装置例１を採用してい
る。図３の装置を用いて、図１１に示す層構成を持った
ＳｉＧｅ＼ＳｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセル型光起電力素子
１１０１を、実施例１および２と同様の手順により、表
１３の条件により作製した。本光起電力素子１１０１
は、導電性帯状部材（ＳＵＳ４３０）１１０２の上に裏
面反射層１１０３、反射増加層１１０４、ボトムＳｉＧ
ｅセル１１０５（ｎ型半導体層１１０８、非晶質ｉ型Ｓ
ｉ半導体バッファ層１１０９、非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導
体層１１１０、非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導体バッファ層１
１１１、微結晶ｉ型半導体バッファ層１１１２、微結晶
ｐ型半導体層１１１３）、ミドルＳｉＧｅセル１１０６
（ｎ型半導体層１１１４、非晶質ｉ型Ｓｉ半導体バッフ
ァ層１１１５、非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導体層１１１６、
非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導体バッファ層１１１７、微結晶
ｉ型半導体バッファ層１１１８、微結晶ｐ型半導体層１
１１９）、トップＳｉセル１１０７（ｎ型半導体層１１
２０、非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層１１２１、微結晶ｉ型Ｓ
ｉ半導体バッファ層１１２２、微結晶ｐ型半導体層１１
２３）、さらに透明導電膜１１２４、集電電極１１２５
を積層形成して構成される。
【００７０】
【表１３】
（比較例１２）
比較の為に、実施例３のトリプルセルにおいて微結晶ｉ
型層を介在させない図１１に示す層構成を持ったＳｉＧ
ｅ＼ＳｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセル型光起電力素子（素子
−Ｅ）を、実施例３と同様の手順により、微結晶ｉ型Ｓ
ｉ層形成チャンバーを使用しない（放電を生起させな
い）ことで作製した。また、微結晶ｉ型層のかわりに同
じ層厚の非晶質ｉ型層を、微結晶ｉ型層形成チャンバー
で形成したＳｉＧｅ＼ＳｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセル型光
起電力素子（素子−Ｆ）も実施例３と同様の手順により
作製した。実施例３（素子−実３）および比較例１２
（素子−Ｅ、Ｆ）で作成した光起電力素子の電流電圧特
性を実施例１と同様にして評価した。評価した結果を表
１４に示す。
型層を介在させない図１１に示す層構成を持ったＳｉＧ
ｅ＼ＳｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセル型光起電力素子（素子
−Ｅ）を、実施例３と同様の手順により、微結晶ｉ型Ｓ
ｉ層形成チャンバーを使用しない（放電を生起させな
い）ことで作製した。また、微結晶ｉ型層のかわりに同
じ層厚の非晶質ｉ型層を、微結晶ｉ型層形成チャンバー
で形成したＳｉＧｅ＼ＳｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセル型光
起電力素子（素子−Ｆ）も実施例３と同様の手順により
作製した。実施例３（素子−実３）および比較例１２
（素子−Ｅ、Ｆ）で作成した光起電力素子の電流電圧特
性を実施例１と同様にして評価した。評価した結果を表
１４に示す。
【００７１】
【表１４】
表１４に示すように、比較例１２（素子−Ｅ、Ｆ） の
光起電力素子に対して、実施例３（素子−実３）の光起
電力素子は、変換効率において優れており、本発明の作
製方法により作製した光起電力素子が、優れた特性を有
することが判明し、本発明の効果が実証された。
光起電力素子に対して、実施例３（素子−実３）の光起
電力素子は、変換効率において優れており、本発明の作
製方法により作製した光起電力素子が、優れた特性を有
することが判明し、本発明の効果が実証された。
【００７２】（比較例１３）
実施例３において作製した光起電力素子の光電変換性能
を評価するために、以下の比較検討を行なった。実施例
と同様の手順で、ボトムセル、ミドルセルの微結晶ｉ型
層および微結晶ｐ型半導体層の厚みを同時にさまざまに
変化させて光起電力素子を作製した。実施例３および比
較例で作成した光起電力素子の電流電圧特性の評価を行
なった。電流電圧特性は、帯状部材幅方向中央部、端部
（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角の面積で切出し、ＡＭ−
１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下に設置し、光電
変換効率を測定し、評価した。その結果を表６に示す。
各値は、実施例１の各特性を１．００とした場合の任意
値である。微結晶ｐ型層のｐ型不純物濃度は表面で１０
21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度とし、ｉ層側へ濃度が減少す
る分布を有するようにした。比較例５の場合と同様に、
作製した素子の電流電圧特性を測定、評価した。結果を
表１５に示す。表中、開放電圧、フィルファクターの値
が実施例に対して９５％以上の値で性能がほぼ同等と認
められる場合には○印、９０％〜９５％未満でやや劣る
場合には△印、９０％未満のかなり劣る場合には×印を
記した。
を評価するために、以下の比較検討を行なった。実施例
と同様の手順で、ボトムセル、ミドルセルの微結晶ｉ型
層および微結晶ｐ型半導体層の厚みを同時にさまざまに
変化させて光起電力素子を作製した。実施例３および比
較例で作成した光起電力素子の電流電圧特性の評価を行
なった。電流電圧特性は、帯状部材幅方向中央部、端部
（端から５ｃｍ）から５ｃｍ角の面積で切出し、ＡＭ−
１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下に設置し、光電
変換効率を測定し、評価した。その結果を表６に示す。
各値は、実施例１の各特性を１．００とした場合の任意
値である。微結晶ｐ型層のｐ型不純物濃度は表面で１０
21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度とし、ｉ層側へ濃度が減少す
る分布を有するようにした。比較例５の場合と同様に、
作製した素子の電流電圧特性を測定、評価した。結果を
表１５に示す。表中、開放電圧、フィルファクターの値
が実施例に対して９５％以上の値で性能がほぼ同等と認
められる場合には○印、９０％〜９５％未満でやや劣る
場合には△印、９０％未満のかなり劣る場合には×印を
記した。
【００７３】
【表１５】
トリプルセルの電流電圧特性においても、微結晶層ｉ型
層の層厚が５０〜１００Å、かつ微結晶ｐ型半導体層の
層厚が１００〜１５０Å（詳細な実験からは８０〜１５
０Åが適当と判明）の条件において高い光電変換効率が
得られた。以上実施例３、及び比較例より本発明に基づ
いて作製されたタンデムセル型光起電力素子の光電変換
特性の優秀さが示された。
層の層厚が５０〜１００Å、かつ微結晶ｐ型半導体層の
層厚が１００〜１５０Å（詳細な実験からは８０〜１５
０Åが適当と判明）の条件において高い光電変換効率が
得られた。以上実施例３、及び比較例より本発明に基づ
いて作製されたタンデムセル型光起電力素子の光電変換
特性の優秀さが示された。
【００７４】
【発明の効果】以上のように、本発明は、ｐｉｎ接合し
てなる光起電力素子において、微結晶ｉ型半導体層を有
する構成により、非晶質ｉ型半導体層と微結晶の第２の
導電型半導体層の格子整合性を向上させることが可能と
なり、優れた電流電圧特性と光電変換効率を有する光起
電力素子を構成することができる。また、上記微結晶ｉ
型半導体層によって、微結晶の第２の導電型半導体層の
層厚をより薄くすることができ、光起電力素子の光電変
換特性においては、短絡電流の増加、フィルファクター
を向上することができる。さらに、上記微結晶ｉ型半導
体層により、素子作製中に微結晶の第２の導電型半導体
層から第２の導電型不純物が非晶質ｉ型層に拡散するこ
とを抑制することができ、製造時の素子性能の、一様
性、再現性を一層向上させ、収率良く光起電力素子を量
産することが可能となる。また、その製造において、前
記微結晶ｐ型半導体層の形成はＳｉＨ4、Ｈ2、及びＢＦ
3を原料ガスとし、該ＳｉＨ4に対する該Ｈ2の供給量が
５０倍以上であり、該ＳｉＨ4に対する該ＢＦ3の供給量
が１０乃至５０％であり、該原料ガスに印加する高周波
電力の大きさが０．０１乃至０．０３Ｗ／ｃｍ2するこ
とにより、非晶質ｉ型半導体層と微結晶の第２の導電型
導体層の間の格子整合性をより一層改善することができ
る。
てなる光起電力素子において、微結晶ｉ型半導体層を有
する構成により、非晶質ｉ型半導体層と微結晶の第２の
導電型半導体層の格子整合性を向上させることが可能と
なり、優れた電流電圧特性と光電変換効率を有する光起
電力素子を構成することができる。また、上記微結晶ｉ
型半導体層によって、微結晶の第２の導電型半導体層の
層厚をより薄くすることができ、光起電力素子の光電変
換特性においては、短絡電流の増加、フィルファクター
を向上することができる。さらに、上記微結晶ｉ型半導
体層により、素子作製中に微結晶の第２の導電型半導体
層から第２の導電型不純物が非晶質ｉ型層に拡散するこ
とを抑制することができ、製造時の素子性能の、一様
性、再現性を一層向上させ、収率良く光起電力素子を量
産することが可能となる。また、その製造において、前
記微結晶ｐ型半導体層の形成はＳｉＨ4、Ｈ2、及びＢＦ
3を原料ガスとし、該ＳｉＨ4に対する該Ｈ2の供給量が
５０倍以上であり、該ＳｉＨ4に対する該ＢＦ3の供給量
が１０乃至５０％であり、該原料ガスに印加する高周波
電力の大きさが０．０１乃至０．０３Ｗ／ｃｍ2するこ
とにより、非晶質ｉ型半導体層と微結晶の第２の導電型
導体層の間の格子整合性をより一層改善することができ
る。
【図１】本発明のシリコンシングルセル型光起電力素子
の形成装置を示す図である。
の形成装置を示す図である。
【図２】本発明のシリコンゲルマニウムシングルセル型
光起電力素子の形成装置を示す図である。
光起電力素子の形成装置を示す図である。
【図３】本発明のＳｉＧｅ＼ＳｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセ
ル型光起電力素子の形成装置を示す図である。
ル型光起電力素子の形成装置を示す図である。
【図４】本発明の微結晶ｉ型半導体層形成チャンバーを
示す図である。
示す図である。
【図５】本発明の微結晶ｐ型半導体層形成チャンバーを
示す図である。
示す図である。
【図６】本発明の微結晶ｐ型半導体層形成チャンバーの
カソード電極の形状を示す図である。
カソード電極の形状を示す図である。
【図７】本発明に使われるマイクロ波非晶質ｉ型ＳｉＧ
ｅ半導体層形成チャンバーを示す図である。
ｅ半導体層形成チャンバーを示す図である。
【図８】典型的なロール・ツー・ロール方式によるシン
グルセル型光起電力素子の形成装置を示す図である。
グルセル型光起電力素子の形成装置を示す図である。
【図９】本発明の装置により作製されるシリコンシング
ルセル型光起電力素子の層構成を示す図である。
ルセル型光起電力素子の層構成を示す図である。
【図１０】本発明の装置により作製されるシリコンゲル
マニウムシングルセル型光起電力素子の層構成を示す図
である。
マニウムシングルセル型光起電力素子の層構成を示す図
である。
【図１１】本発明の装置により作製されるＳｉＧｅ＼Ｓ
ｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセル型光起電力素子の層構成を示
す図である。
ｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセル型光起電力素子の層構成を示
す図である。
１０１、２０１、３０１、８０１：堆積膜形成装置
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、７０２、８
０２：帯状部材 １０３、２０３、３０３、８０３：帯状部材の繰り出し
チャンバー １０４、２０４、３０４、８０４：帯状部材の巻き取り
チャンバー １０５、２０５、３０８、３１４、３２０、８０５：第
１の導電型層（ｎ型半導体層）形成用チャンバー ８０６：ｉ型半導体層形成用チャンバー １０６、２０６、２０８、３０９、３１１、３１５、３
１７、３２１：非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層形成用チャンバ
ー ２０７、２０８、３１０、３１６：非晶質ｉ型ＳｉＧｅ
半導体層形成用チャンバー １０７、２０９、３１２、３１８、３２２：微結晶ｉ型
Ｓｉ半導体層形成用チャンバー １０８、２１０、３１３、３１９、３２３、８０７：微
結晶の第２の導電型層（ｐ型Ｓｉ半導体層）形成用チャ
ンバー １０９、２１１、３２６、４０３、５０３、７０３、８
０８：ガスゲート １１０、２１２、３２５、４０５、５０５、７０５、８
０９：放電炉 １１１、１１２、２１３、２１４、３２７、３２８、８
１０、８１１：ボビン ３０５：ボトムセル形成用チャンバー部分 ３０６：ミドルセル形成用チャンバー部分 ３０７：トップセル形成用チャンバー部分 ４０１、５０１、７０１：堆積膜形成チャンバー ４０４、５０４、７０４：ゲートガス導入手段 ４０６、５０６、７０６：帯状部材加熱手段（ランプヒ
ーター） ４０７、５０７、７０７：材料ガス導入手段 ４０８、５０８、７０９：高周波電極（カソード電
極）、及び高周波導入手段 ７０８：マイクロ波導入手段 ４０９、５０９、７１０：排気手段 ４１０、５１０、７１１：放電領域 ４１１、５１１、７１２：帯状部材の移動方向 ４１２、５１２：材料ガスの流れる方向 ４１３、５１３、７１３：成膜領域調整手段 ６０１：カソード電極（底板） ６０２：カソード電極（仕切り板） ６０３：カソード電極（外周部板） ９０１：Ｓｉシングルセル型光起電力素子 ９０２、１００２、１１０２：帯状部材 ９０３、１００３、１１０３：裏面反射層 ９０４、１００４、１１０４：反射増加層 ９０５、１００５、１１０８、１１１４、１１２０：第
１の導電型（ｎ型）層 ９０６、１００６、１１０９、１１１５、１１２１：非
晶質ｉ型Ｓｉ半導体層 ９０７、１００９、１１１２、１１１８、１１２２：微
結晶ｉ型Ｓｉ半導体層 ９０８、１０１０、１１１３、１１１９、１１２３：微
結晶の第２の導電型（ｐ型）半導体層 ９０９、１０１１、１１２４：透明導電膜 ９１０、１０１２、１１２５：集電電極 １００１：ＳｉＧｅシングルセル型光起電力素子 １００７、１００８、１１１０、１１１１、１１１６、
１１１７：非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導体層 １１０１：ＳｉＧｅ＼ＳｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセル型光
起電力素子 １１０５：ボトムＳｉＧｅセル １１０６：ミドルＳｉＧｅセル １１０７：トップＳｉセル
０２：帯状部材 １０３、２０３、３０３、８０３：帯状部材の繰り出し
チャンバー １０４、２０４、３０４、８０４：帯状部材の巻き取り
チャンバー １０５、２０５、３０８、３１４、３２０、８０５：第
１の導電型層（ｎ型半導体層）形成用チャンバー ８０６：ｉ型半導体層形成用チャンバー １０６、２０６、２０８、３０９、３１１、３１５、３
１７、３２１：非晶質ｉ型Ｓｉ半導体層形成用チャンバ
ー ２０７、２０８、３１０、３１６：非晶質ｉ型ＳｉＧｅ
半導体層形成用チャンバー １０７、２０９、３１２、３１８、３２２：微結晶ｉ型
Ｓｉ半導体層形成用チャンバー １０８、２１０、３１３、３１９、３２３、８０７：微
結晶の第２の導電型層（ｐ型Ｓｉ半導体層）形成用チャ
ンバー １０９、２１１、３２６、４０３、５０３、７０３、８
０８：ガスゲート １１０、２１２、３２５、４０５、５０５、７０５、８
０９：放電炉 １１１、１１２、２１３、２１４、３２７、３２８、８
１０、８１１：ボビン ３０５：ボトムセル形成用チャンバー部分 ３０６：ミドルセル形成用チャンバー部分 ３０７：トップセル形成用チャンバー部分 ４０１、５０１、７０１：堆積膜形成チャンバー ４０４、５０４、７０４：ゲートガス導入手段 ４０６、５０６、７０６：帯状部材加熱手段（ランプヒ
ーター） ４０７、５０７、７０７：材料ガス導入手段 ４０８、５０８、７０９：高周波電極（カソード電
極）、及び高周波導入手段 ７０８：マイクロ波導入手段 ４０９、５０９、７１０：排気手段 ４１０、５１０、７１１：放電領域 ４１１、５１１、７１２：帯状部材の移動方向 ４１２、５１２：材料ガスの流れる方向 ４１３、５１３、７１３：成膜領域調整手段 ６０１：カソード電極（底板） ６０２：カソード電極（仕切り板） ６０３：カソード電極（外周部板） ９０１：Ｓｉシングルセル型光起電力素子 ９０２、１００２、１１０２：帯状部材 ９０３、１００３、１１０３：裏面反射層 ９０４、１００４、１１０４：反射増加層 ９０５、１００５、１１０８、１１１４、１１２０：第
１の導電型（ｎ型）層 ９０６、１００６、１１０９、１１１５、１１２１：非
晶質ｉ型Ｓｉ半導体層 ９０７、１００９、１１１２、１１１８、１１２２：微
結晶ｉ型Ｓｉ半導体層 ９０８、１０１０、１１１３、１１１９、１１２３：微
結晶の第２の導電型（ｐ型）半導体層 ９０９、１０１１、１１２４：透明導電膜 ９１０、１０１２、１１２５：集電電極 １００１：ＳｉＧｅシングルセル型光起電力素子 １００７、１００８、１１１０、１１１１、１１１６、
１１１７：非晶質ｉ型ＳｉＧｅ半導体層 １１０１：ＳｉＧｅ＼ＳｉＧｅ＼Ｓｉトリプルセル型光
起電力素子 １１０５：ボトムＳｉＧｅセル １１０６：ミドルＳｉＧｅセル １１０７：トップＳｉセル
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フロントページの続き
(72)発明者 酒井 明
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 幸田 勇蔵
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 芳里 直
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 矢島 孝博
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 澤山 忠志
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 金井 正博
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(56)参考文献 特開 平４−266067（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−72677（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−76778（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/04 - 31/078
H01L 21/205
Claims (16)
- 【請求項１】半導体接合してなる素子によって構成され
た光起電力素子において、前記素子が、第１の導電型半
導体層、非晶質ｉ型半導体層、微結晶ｉ型半導体層、及
び微結晶からなる第２の導電型半導体層を含み、該第２
の導電型半導体層中の不純物濃度が最大となる領域の不
純物濃度は１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、該
不純物濃度は前記微結晶ｉ型半導体層に向かって減少す
る、ｐｉｎ接合をされていることを特徴とする光起電力
素子。 - 【請求項２】前記半導体層が主としてシリコンからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。 - 【請求項３】前記非晶質ｉ型半導体層がゲルマニウムを
含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
光起電力素子。 - 【請求項４】前記素子が複数のｐｉｎ接合を有すること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光起
電力素子。 - 【請求項５】前記第２の導電型半導体層が光入射側に位
置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に
記載の光起電力素子。 - 【請求項６】前記第２の半導体層が微結晶ｐ型半導体層
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に
記載の光起電力素子。 - 【請求項７】前記微結晶ｉ型半導体層の層厚は５０乃至
１００Åであることを特徴とする請求項１〜６のいずれ
か１項に記載の光起電力素子。 - 【請求項８】前記微結晶ｐ型半導体層の層厚は８０乃至
１５０Åであることを特徴とする請求項６または請求項
７に記載の光起電力素子。 - 【請求項９】前記微結晶ｉ型半導体層の原子密度が１０
18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下の領域が少なくとも３０Å以
上の厚みを有することを特徴とする請求項１〜８のいず
れか１項に記載の光起電力素子。 - 【請求項１０】長尺基板上に第１の導電型半導体層を形
成し、非晶質ｉ型半導体層を形成し、高周波プラズマＣ
ＶＤ法によって微結晶ｉ型半導体層を形成し、高周波プ
ラズマＣＶＤ法によって微結晶からなる第２の導電型半
導体層を該第２の導電型半導体層中の不純物濃度が最大
となる領域の不純物濃度が１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以
上となり、該不純物濃度は前記微結晶ｉ型半導体層に向
かって 減少するように形成することを特徴とする光起電
力素子の製造方法。 - 【請求項１１】前記微結晶ｉ型半導体層の形成はＳｉＨ
4及びＨ2を原料ガスとし、該ＳｉＨ4に対する該Ｈ2の供
給量が５０倍以上であり、該原料ガスに印加する高周波
電力の大きさが０．２Ｗ／ｃｍ2以上であることを特徴
とする請求項１０に記載の光起電力素子の製造方法。 - 【請求項１２】前記第２の半導体層を微結晶ｐ型半導体
層として形成することを特徴とする請求項１０または請
求項１１に記載の光起電力素子の製造方法。 - 【請求項１３】前記微結晶ｐ型半導体層の形成は、Ｓｉ
Ｈ4、Ｈ2、及びＢＦ3を原料ガスとし、該ＳｉＨ4に対す
る該Ｈ2の供給量が５０倍以上であり、該ＳｉＨ4に対す
る該ＢＦ3の供給量が１０乃至５０％であり、該原料ガ
スに印加する高周波電力の大きさが０．０１乃至０．０
３Ｗ／ｃｍ2であることを特徴とする請求項１２に記載
の光起電力素子の製造方法。 - 【請求項１４】前記微結晶ｉ型半導体層の形成温度は前
記非晶質ｉ型半導体層の形成温度以下であり、微結晶ｉ
型半導体層の形成温度は１８０乃至２４０℃であること
を特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の
光起電力素子の製造方法。 - 【請求項１５】前記非晶質ｉ型半導体層はマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法によって形成することを特徴とする請求
項１０〜１４のいずれか１項に記載の光起電力素子の製
造方法。 - 【請求項１６】前記非晶質ｉ型半導体層はマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法によって形成するｉ型層と、高周波プラ
ズマＣＶＤ法によって形成するｉ型層とを有することを
特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の光
起電力素子の製造方法。
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