JP3616495B2 - 非晶質シリコン膜及びそれを用いた太陽電池 - Google Patents
非晶質シリコン膜及びそれを用いた太陽電池 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的バンドギャップが広いワイドギャップの非晶質シリコン膜及びこの膜を光入射面側ドープ層（窓層）又は発電層に用いた太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を用いた太陽電池にあっては、その特性を向上するため、光入射面側に位置するドープ層（窓層）での光吸収を極力低減する必要がある。
【０００３】
また、ｐｉｎ層を積層して特性の向上を図るようにした積層型太陽電池にあっては、最も光入射面側に位置するｐｉｎ層（トップセル）の発電層により、短波長の光を極力吸収して発電することが要求される。
【０００４】
そして、これらの要求に応じるため、近年、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）の広い材料（素子）を開発することが種々試みられている。
【０００５】
ところで、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）とは、応用物理学会誌 ３０（１９９１）１００８．〔Ｙ．Ｈｉｓｈｉｋａｗａ ｅｔ ａｌ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ． ３０（１９９１）１００８．〕に記載の（αｈν）１／３ｖｓ．ｈνプロットから外挿した値である。
【０００６】
そして、積層型太陽電池のトップセルの発電層としては、１．７ｅＶ以上の光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が必要である。
【０００７】
また、前記の窓層は光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が広い程好ましく、実用上からは１．７ｅＶ以上であることが望ましい。
【０００８】
したがって、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）の広い材料として、実用上は、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上のものが必要である。
【０００９】
そして、この広い光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が得られる材料として、従来、ａ−Ｓｉにワイドギャップ化添加元素（炭素（Ｃ），窒素（Ｎ），酸素（Ｏ））を積極的に添加したａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯの非晶質膜がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯの非晶質膜にあっては、十分な光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）を得ようとすると、添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）の濃度が高くなり、これらの元素の添加に起因した膜中の欠陥密度が大きくなって膜質が劣化し、光導電率が低下する等の問題点がある。
【００１１】
そして、これらの非晶質膜を太陽電池の窓層や発電層に用いても、特性の優れた太陽電池を得ることはできない。
本発明は、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が高く膜質の優れたａ−Ｓｉ膜及びこの膜を用いた太陽電池を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の本発明のａ−Ｓｉ膜は、光学的バンドギャップが１．７ｅＶ以上、水素濃度が３０％以上、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であって、ワイドギャップ化添加元素が含まれない原料ガスを用いて形成することにより、前記ワイドギャップ化添加元素の濃度が１％未満とされたことを特徴とするものである。
【００１３】
この場合、ワイドギャップ化添加元素をほとんど含まないため、その添加に起因した膜中欠陥の発生が従来のａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯの非晶質膜より著しく抑制されて少なく、しかも、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であるため、光導電率は高く、暗導電率は低く、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上で膜中の欠陥密度が小さく、膜質の優れたａ−Ｓｉ膜を提供でき、かつ、ワイドギャップ化添加元素が含まれない原料ガスを用いて形成するため、ワイドギャップ化添加元素を用いて形成した膜に比べ、ワイドギャップでも膜質の優れた非晶質シリコン膜を提供することが可能となるものである。
【００１４】
つぎに、請求項２記載の本発明の太陽電池は、請求項１記載の非晶質シリコン膜を光入射面側ドープ層としたことを特徴とするものである。
【００１５】
したがって、窓層（光入射面側ドープ層）は光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上になり、しかも、その光導電率等が優れ、窓層での光吸収が極めて少ない特性の優れた太陽電池を提供できる。
【００１６】
つぎに、請求項３記載の本発明の太陽電池は、請求項１記載の非晶質シリコン膜を発電層としたことを特徴とするものである。
【００１７】
したがって、とくに積層型太陽電池にあっては、トップセルの発電層の光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）を１．７ｅＶ以上にし、短波長の光を極力吸収して発電することができ、特性の優れた積層型太陽電池を提供できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、図１ないし図６を参照して説明する。
（第１の形態）
まず、本発明のａ−Ｓｉ膜について、図１，図２を参照して説明する。
この形態にあっては、プラズマＣＶＤ法によりつぎの表１の条件でａ−Ｓｉ膜を形成した。
【００１９】
【表１】
【００２０】
この表１は、シランガス（ＳｉＨ４ ）と水素ガス（Ｈ２ ）を原料ガスとする本発明のａ−Ｓｉ膜の形成条件と、比較のために原料ガスをＳｉＨ４ のみにした従来例膜としての１００％ＳｉＨ４ のａ−Ｓｉ膜の形成条件とを示したものである。
【００２１】
そして、表１から明らかなように、本発明のａ−Ｓｉ膜は、基板温度を低温（１００〜２００℃）とし、高ＲＦパワー（５００ｍＷ／ｃｍ２ 以上），高圧力（１Ｔｏｒｒ以上）の条件下、水素希釈率（Ｈ２ ／ＳｉＨ４ ）を高くして形成される。
【００２２】
この結果、本発明のａ−Ｓｉ膜は光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）に対して、膜中水素量（水素濃度）（ＣＨ ），Ｓｉ−Ｈ２ 結合量（ＣＳｉ−Ｈ２ ／ＣＨ ）が図１の（ａ），（ｂ）の■に示すようになり、光導電率（σｐｈ），暗導電率（σｄ）が同図の（ｃ）の□，■に示すようになった。
【００２３】
なお、図１の（ａ），（ｂ）の○は１００％ＳｉＨ４ を用いて従来の低ＲＦパワー条件（５０ｍＷ／ｃｍ２ 以下）、低圧力（０．４Ｔｏｒｒ以下）の条件で形成したａ−Ｓｉ膜の膜中水素量（ＣＨ ），Ｓｉ−Ｈ２ 結合量（ＣＳｉ−Ｈ２ ／ＣＨ ）を示し、同図の（ｃ）の○，●は１００％ＳｉＨ４ のａ−Ｓｉ膜の光導電率（σｐｈ），暗導電率（σｄ）を示す。
【００２４】
そして、本発明のａ−Ｓｉ膜は、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．６ｅＶ以上かつ膜中水素量（ＣＨ ）が３０％以上において、膜中のＳｉ−Ｈ２ 結合量（ＣＳｉ−Ｈ２ ／ＣＨ ）を水素量（ＣＨ ）の５０％以下にすることで、高い光導電率（σｐｈ）が得られ、しかも、暗導電率（σｄ）がほぼ１０−１１ （Ｓ／ｃｍ）以下に低く抑えられ、その比（σｐｈ／σｄ）が１０５ 以上（５桁以上）になり、積層型太陽電池のトップセルの発電層としても好適である。
【００２５】
つぎに、前記表１の条件で形成した本発明のａ−Ｓｉ膜は原料ガスにワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が含まれず、この添加元素が１％未満である。
【００２６】
そして、ワイドギャップ化添加元素の影響を調べるため、本発明のａ−Ｓｉ膜と、プラズマＣＶＤ法によりつぎの表２の条件で形成したａ−ＳｉＣ膜とにつき、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）に対する光導電率（σｐｈ），暗導電率（σｄ）を測定したところ、図２の結果が得られた。
【００２７】
【表２】
【００２８】
図２において、■，●は本発明のａ−Ｓｉ膜の光導電率（σｐｈ），暗導電率（σｄ）を示し、実線イ，ロはａ−ＳｉＣ膜の光導電率（σｐｈ），暗導電率（σｄ）を示す。
【００２９】
そして、図２からも明らかなように、従来のａ−ＳｉＣ膜は光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）を１．７ｅＶ以上にすると、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が多く含まれて膜中欠陥が多く、光導電率（σｐｈ）が著しく低下して比（σｐｈ／σｄ）も著しく小さくなる。
【００３０】
なお、ａ−ＳｉＣはａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯのうちで最も欠陥が少なく膜質が良好であることから、ａ−ＳｉＮ膜，ａ−ＳｉＯ膜の場合、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）を１．７ｅＶ以上にすると、ａ−ＳｉＣ膜よりさらに特性は劣化する。
【００３１】
一方、本発明のａ−Ｓｉ膜はワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が１％未満でほとんど含まないため、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上であってもその元素の添加に起因した膜中欠陥の発生が少なく、前記したように、光導電率（σｐｈ）が高く、暗導電率（σｄ）がほぼ１０−１１ Ｓ／ｃｍ以下に低く抑えられ、比（σｐｈ／σｄ）が５桁以上に大きくなる。
【００３２】
ところで、本発明のａ−Ｓｉ膜にあっても、図２に示したように、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．９５ｅＶを超えると、光導電率（σｐｈ），比（σｐｈ／σｄ）が急激に低下することから、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）は１．９５ｅＶ以下にすることが望ましい。
【００３３】
そして、本発明のａ−Ｓｉ膜を形成する際、原料ガスにメタンガス（ＣＨ４ ）を添加し、膜中に故意に炭素（Ｃ）を混入したところ、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．９５ｅＶ以下で膜中の炭素濃度（Ｃｃ）が１％以上になると、光導電率（σｐｈ），比（σｐｈ／σｄ）が急激に低下することが確かめられた。
【００３４】
そのため、本発明のａ−Ｓｉ膜にあっては、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）を１％未満に抑えることが望ましく、実用上は、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ〜１．９５ｅＶであって、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が１％未満であることが好ましい。
【００３５】
そして、本発明のａ−Ｓｉ膜は、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上、水素濃度（ＣＨ ）が３０％以上、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であって、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）の濃度が１％未満であることから、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が広く、しかも、前記添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）の添加に起因した膜中の欠陥の発生が極めて少なく、従来のａ−ＳｉＣ膜，ａ−ＳｉＮ膜，ａ−ＳｉＯ膜より著しく膜質が優れ、光導電率（σｐｈ）が高く、暗導電率（σｄ）が低く、電気的特性の優れた膜となり、かつ、ワイドギャップ化添加元素が含まれない原料ガスを用いて形成するため、ワイドギャップ化添加元素を用いて形成した膜に比べ、ワイドギャップでも膜質の優れた非晶質シリコン膜を提供することが可能となるものである。
【００３６】
（第２の形態）
つぎに、請求項２の太陽電池についての実施の形態につき、図３，図４を参照して説明する。
図３はガラス等の透光性基板側から光が入射する順タイプのａ−Ｓｉ太陽電池を示す。
【００３７】
この太陽電池は、ガラス等の透光性基板１上にＳｎＯ２ 等の透明導電膜（ＴＣＯ）２をスパッタ法等により５０００〜８０００Å堆積し、さらに、光入射面側ドープ層（ｐ層）を形成するｐ−ａ−Ｓｉ膜３，発電層（ｉ層）を形成するｉ−ａ−Ｓｉ膜４，裏面側ドープ層（ｎ層）を形成するｎ−ａ−Ｓｉ膜５をプラズマＣＶＤ法により順に１００Å，２０００Å，１００Å程度堆積し、その上に、Ａｌ，Ａｇ等の金属を真空加熱蒸着法等により裏面電極６として１μｍ程度蒸着等して形成したものである。
【００３８】
そして、ｐ−ａ−Ｓｉ膜３，ｉ−ａ−Ｓｉ膜４，ｎ−ａ−Ｓｉ膜５は、ｐ，ｉ，ｎの水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ，ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ，ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなり、つぎの表３に示す条件で形成されている。
【００３９】
【表３】
【００４０】
そして、太陽電池のいわゆる窓層を形成するｐ−ａ−Ｓｉ膜３は、ＳｉＨ４ とＨ２ とを原料ガスとし、ドーピングガスに１％のＢ２ Ｈ６ ／Ｈ２ を使用し、表１の本発明のａ−Ｓｉ膜と同様、基板温度を低温（１８０℃）とし、高ＲＦパワー（７５０ｍＷ／ｃｍ２ ），高圧力（１．３Ｔｏｒｒ）の条件下、水素希釈率（Ｈ２ ／ＳｉＨ４ ）を高くして形成され、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．８２ｅＶ，水素濃度（ＣＨ ）が３０％以上、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が１％未満である。
【００４１】
また、ｉ−ａ−Ｓｉ膜４，ｎ−ａ−Ｓｉ膜５はＳｉＨ４ が原料ガスであり、ｎ−ａ−Ｓｉ膜５のドーパントガスは１％のＰＨ３ ／Ｈ２ である。
【００４２】
一方、比較のための従来例電池として、図４に示す光入射面側のドーピング層（窓層）を水素化アモルファスシリコンカーバイド（ｐ−ａ−ＳｉＣ：Ｈ）のｐ−ａ−ＳｉＣ膜３’とする太陽電池を、つぎの表４の条件で形成した。
【００４３】
【表４】
【００４４】
なお、ｐ−ａ−ＳｉＣ膜３’はＳｉＨ４ ，Ｈ２ 及びメタン（ＣＨ４ ）を原料ガスとして形成され、その光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）は、比較し易いように、図３のｐ−ａ−Ｓｉ膜３と同じ１．８２ｅＶである。
【００４５】
そして、図３の太陽電池（本発明電池）と図４の太陽電池（従来例電池）との特性（太陽電池特性）を比較したところ、つぎの表５の結果が得られた。
【００４６】
【表５】
【００４７】
この表５からも明らかなように、窓層をｐ−ａ−Ｓｉ膜３で形成した図３の太陽電池は、図４の従来例電池に比し、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が増大し、変換効率（η）が向上し、著しく優れた特性を備える。
【００４８】
これは、ｐ−ａ−Ｓｉ膜３により形成された窓層の膜質がｐ−ａ−ＳｉＣ膜３’により形成された場合より向上し、窓層（ｐ層）の直列抵抗による損失が低減されたことによるものと考えられる。
【００４９】
（第３の形態）
つぎに、請求項３の太陽電池についての実施の形態につき、図５，図６を参照して説明する。
前記したように本発明のａ−Ｓｉ膜は光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が非常に広く、そのため、短波長領域に吸収のピークがあり、タンデムセル，３スタックセル等の積層型太陽電池のトップセルの発電層にも適している。
【００５０】
図５は本形態の順タイプの積層型ａ−Ｓｉ太陽電池のトップセルの構造を示し、図３の裏面電極６の代わりに透明導電膜７を設け、光入射面側の透明導電膜２と裏面側の透明導電膜７との間に、光入射面側から順に、ｐ層を形成するｐ−ａ−ＳｉＣ：Ｈのｐ−ａ−ＳｉＣ膜８，発電層（ｉ層）を形成するｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈのｉ−ａ−Ｓｉ膜９，ｎ層を形成するｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈのｎ−ａ−Ｓｉ膜１０を設けて形成されている。
【００５１】
すなわち、図５のトップセルは、透光性基板１上に透明導電膜２をスパッタ法等により５０００〜８０００Å堆積し、さらに、ｐ−ａ−ＳｉＣ膜８，ｉ−ａ−Ｓｉ膜９，ｎ−ａ−Ｓｉ膜１０を、プラズマＣＶＤ法により堆積し、その上に、裏面電極として、透明導電膜７をスパッタ法等により１０００Å程度堆積して形成したものである。
【００５２】
ところで、積層型太陽電池にあっては、各ユニットセル（タンデムの場合はトップセルとボトムセル，３スタックの場合はトップセルとミドルセルとボトムセル）が直列接続されるため、それらの電流密度をそろえる必要があり、とくに、トップセルについては、トップセルと，ボトムセル又はミドルセルとの界面に裏面電極として金属膜を形成しないため、発電層の膜厚設定に注意が必要である。
【００５３】
そして、この実施の形態にあっては、各ユニットセルで７ｍＡ／ｃｍ２ を発電させることとし、ｉ−ａ−Ｓｉ膜９のｉ層膜厚を１２００Åとし、ｐ−ａ−ＳｉＣ膜８のｐ層，ｎ−ａ−Ｓｉ膜１０のｎ層の膜厚はそれぞれ１００Åとし、つぎの表６の条件で各層を形成している。
【００５４】
【表６】
【００５５】
そして、発電層（ｉ層）を形成するｉ−ａ−Ｓｉ膜９は、ＳｉＨ４ とＨ２ とを原料ガスとし、基板温度を低温（１８０℃）とし、高ＲＦパワー（７５０ｍＷ／ｃｍ２ ），高圧力（１．３Ｔｏｒｒ）の条件下、水素希釈率（Ｈ２ ／ＳｉＨ４ ）を高くして形成され、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．８２ｅＶ，水素濃度（ＣＨ ）が３０％以上、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であって、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が１％未満である。
【００５６】
また、ｐ−ａ−ＳｉＣ膜８はＳｉＨ４ ，Ｈ２ ，ＣＨ４ を原料ガスとして形成され、ｎ−ａ−Ｓｉ膜１０はＳｉＨ４ を原料ガスとして形成されている。
【００５７】
一方、比較のための従来例電池を、図６に示す発電層（ｉ層）をｉ−ａ−ＳｉＣ：Ｈのｉ−ａ−ＳｉＣ膜９’とするトップセル構造の積層型太陽電池とし、この太陽電池のトップセルを、つぎの表７の条件で作成した。
【００５８】
【表７】
【００５９】
この従来例電池のトップセルのｉ−ａ−ＳｉＣ膜９’は、ＳｉＨ４ ，Ｈ２ ，ＣＨ４ を原料ガスとして形成され、その光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）は、比較し易いように、図５のｉ−ａ−Ｓｉ膜９と同じ１．８２ｅＶである。
【００６０】
そして、図５のトップセル（本発明電池のセル）と図６のトップセル（従来例電池のセル）との太陽電池特性を比較したところ、つぎの表８の結果が得られた。
【００６１】
【表８】
【００６２】
この表８からも明らかなように、発電層をｉ−ａ−Ｓｉ膜８とした図５の本発明電池のセルは、図６の従来例電池のセルに比し、開放電圧（Ｖｏｃ），短絡電流（Ｉｓｃ），曲線因子（Ｆ．Ｆ．）のいずれもが増大し、変換効率（η）が向上している。
【００６３】
これは、図６の従来例電池のセルでは発電層（ｉ層）の膜質が悪く、リークが発生して太陽電池特性が極めて低いものとなるが、図５の本発明電池のセルでは発電層（ｉ層）の膜質が良好でリークの発生等が生じないからである。
【００６４】
したがって、図５のトップセル構造の積層型太陽電池は、トップセルの発電層が、光学的バンドギャップが極めて広く、短波長の光を極力吸収して発電する膜質の優れたワイドギャップのａ−Ｓｉ膜からなり、特性が著しく改善されて向上する。
【００６５】
ところで、前記第２，第３の形態においては、順タイプの太陽電池の光入射面側ドープ層としてのｐ層，発電層としてのｉ層それぞれを本発明のａ−Ｓｉ膜とした場合について説明したが、ｐ層，ｉ層を共に本発明のａ−Ｓｉ膜としてもよく、具体的には、例えば図３の太陽電池において、ｐ層は同図のｐ−ａ−Ｓｉ膜３とし、ｉ層は図５のｉ−ａ−Ｓｉ膜９としてもよい。
【００６６】
また、前記第２，第３の形態にあっては、ガラス基板等の透光性基板側から光が入射する順タイプの太陽電池に適用して説明したが、膜面側（基板の反対側）から光が入射する逆タイプの太陽電池の光入射面側ドープ層（ｐ層），逆タイプの積層型太陽電池のトップセルの発電層（ｉ層）等にも、同様に適用できるのは勿論である。
【００６７】
なお、逆タイプの太陽電池は、絶縁性基板上に金属電極、ｎ層としてのｎ−ａ−Ｓｉ膜，ｉ層としてのｉ−ａ−Ｓｉ膜，ｐ層としてのｐ−ａ−Ｓｉ膜を順に堆積し、その上に、ＩＴＯ，ＳｎＯ２ ，ＺｎＯ等の透明導電膜，Ａｇ等の集電極を設けて形成される。
【００６８】
さらに、前記第２，第３の形態において、ｎ層のドーピングガスは、Ｂ２ Ｈ６ ／Ｈ６ でなく、Ｂ（ＣＨ３ ）３ ／Ｈ２ であってもよい。
【００６９】
そして、本発明の太陽電池は、前記第２，第３の形態のａ−Ｓｉ太陽電池でなくてもよく、例えば非晶質膜を結晶系シリコンとの接合形成に用いるいわゆるＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｔｈｉｎ−Ｉａｙｅｒ ）接合太陽電池であってもよく、その光入射面側ドープ層（ｐ層），発電層（ｉ層）に本発明のａ−Ｓｉ膜を用いることにより、同様の効果が得られる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
まず、請求項１の非晶質シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の場合、光学的バンドギャップが１．７ｅＶ以上、水素濃度が３０％以上、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であって、ワイドギャップ化添加元素の濃度が１％未満であるため、ワイドギャップ化添加元素をほとんど含まず、その添加に起因した膜中欠陥の発生が従来のａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯの非晶質膜より著しく抑制されて減少し、しかも、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であることから、光導電率が高く、暗導電率が低くなる。
【００７１】
したがって、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上で膜中の欠陥密度が小さく膜質の優れた非晶質シリコン膜を提供することができ、かつ、ワイドギャップ化添加元素が含まれない原料ガスを用いて形成するため、ワイドギャップ化添加元素を用いて形成した膜に比べ、ワイドギャップでも膜質の優れた非晶質シリコン膜を提供することが可能となるものである。
【００７２】
つぎに、請求項２の太陽電池は、請求項１記載の非晶質シリコン膜を光入射面側ドープ層としたため、窓層（光入射面側ドープ層）の光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上になり、しかも、その光導電率等が優れ、窓層での光吸収が少ない特性の優れた太陽電池を提供することができる。
【００７３】
つぎに、請求項３の太陽電池は、請求項１記載の非晶質シリコン膜を発電層としたため、とくに積層型の太陽電池の場合、トップセルの発電層の光学的バンドギャップを１．７ｅＶ以上にし、短波長の光を極力吸収して発電することができ、特性の優れた積層型の太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の実施の第１の形態の非晶質シリコン膜の光学的バンドギャップと，膜中水素量，Ｓｉ−Ｈ２ 結合量，光・暗導電率それぞれとの関係説明図である。
【図２】本発明の実施の１形態の非晶質シリコン膜及び従来例膜の光学的バンドギャップと光・暗導電率との関係説明図である。
【図３】本発明の実施の第２の形態の太陽電池の断面図である。
【図４】図３の太陽電池との比較のための従来例電池の断面図である。
【図５】本発明の実施の第３の形態の積層型太陽電池のトップセルの断面図である。
【図６】図５の太陽電池との比較のための従来例電池のトップセルの断面図である。
【符号の説明】
３ 光入射面側ドープ層としてのｐ−ａ−Ｓｉ膜
９ 発電層としてのｉ−ａ−Ｓｉ膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的バンドギャップが広いワイドギャップの非晶質シリコン膜及びこの膜を光入射面側ドープ層（窓層）又は発電層に用いた太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）を用いた太陽電池にあっては、その特性を向上するため、光入射面側に位置するドープ層（窓層）での光吸収を極力低減する必要がある。
【０００３】
また、ｐｉｎ層を積層して特性の向上を図るようにした積層型太陽電池にあっては、最も光入射面側に位置するｐｉｎ層（トップセル）の発電層により、短波長の光を極力吸収して発電することが要求される。
【０００４】
そして、これらの要求に応じるため、近年、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）の広い材料（素子）を開発することが種々試みられている。
【０００５】
ところで、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）とは、応用物理学会誌 ３０（１９９１）１００８．〔Ｙ．Ｈｉｓｈｉｋａｗａ ｅｔ ａｌ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ． ３０（１９９１）１００８．〕に記載の（αｈν）１／３ｖｓ．ｈνプロットから外挿した値である。
【０００６】
そして、積層型太陽電池のトップセルの発電層としては、１．７ｅＶ以上の光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が必要である。
【０００７】
また、前記の窓層は光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が広い程好ましく、実用上からは１．７ｅＶ以上であることが望ましい。
【０００８】
したがって、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）の広い材料として、実用上は、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上のものが必要である。
【０００９】
そして、この広い光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が得られる材料として、従来、ａ−Ｓｉにワイドギャップ化添加元素（炭素（Ｃ），窒素（Ｎ），酸素（Ｏ））を積極的に添加したａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯの非晶質膜がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯの非晶質膜にあっては、十分な光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）を得ようとすると、添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）の濃度が高くなり、これらの元素の添加に起因した膜中の欠陥密度が大きくなって膜質が劣化し、光導電率が低下する等の問題点がある。
【００１１】
そして、これらの非晶質膜を太陽電池の窓層や発電層に用いても、特性の優れた太陽電池を得ることはできない。
本発明は、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が高く膜質の優れたａ−Ｓｉ膜及びこの膜を用いた太陽電池を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の本発明のａ−Ｓｉ膜は、光学的バンドギャップが１．７ｅＶ以上、水素濃度が３０％以上、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であって、ワイドギャップ化添加元素が含まれない原料ガスを用いて形成することにより、前記ワイドギャップ化添加元素の濃度が１％未満とされたことを特徴とするものである。
【００１３】
この場合、ワイドギャップ化添加元素をほとんど含まないため、その添加に起因した膜中欠陥の発生が従来のａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯの非晶質膜より著しく抑制されて少なく、しかも、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であるため、光導電率は高く、暗導電率は低く、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上で膜中の欠陥密度が小さく、膜質の優れたａ−Ｓｉ膜を提供でき、かつ、ワイドギャップ化添加元素が含まれない原料ガスを用いて形成するため、ワイドギャップ化添加元素を用いて形成した膜に比べ、ワイドギャップでも膜質の優れた非晶質シリコン膜を提供することが可能となるものである。
【００１４】
つぎに、請求項２記載の本発明の太陽電池は、請求項１記載の非晶質シリコン膜を光入射面側ドープ層としたことを特徴とするものである。
【００１５】
したがって、窓層（光入射面側ドープ層）は光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上になり、しかも、その光導電率等が優れ、窓層での光吸収が極めて少ない特性の優れた太陽電池を提供できる。
【００１６】
つぎに、請求項３記載の本発明の太陽電池は、請求項１記載の非晶質シリコン膜を発電層としたことを特徴とするものである。
【００１７】
したがって、とくに積層型太陽電池にあっては、トップセルの発電層の光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）を１．７ｅＶ以上にし、短波長の光を極力吸収して発電することができ、特性の優れた積層型太陽電池を提供できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、図１ないし図６を参照して説明する。
（第１の形態）
まず、本発明のａ−Ｓｉ膜について、図１，図２を参照して説明する。
この形態にあっては、プラズマＣＶＤ法によりつぎの表１の条件でａ−Ｓｉ膜を形成した。
【００１９】
【表１】
この表１は、シランガス（ＳｉＨ４ ）と水素ガス（Ｈ２ ）を原料ガスとする本発明のａ−Ｓｉ膜の形成条件と、比較のために原料ガスをＳｉＨ４ のみにした従来例膜としての１００％ＳｉＨ４ のａ−Ｓｉ膜の形成条件とを示したものである。
【００２１】
そして、表１から明らかなように、本発明のａ−Ｓｉ膜は、基板温度を低温（１００〜２００℃）とし、高ＲＦパワー（５００ｍＷ／ｃｍ２ 以上），高圧力（１Ｔｏｒｒ以上）の条件下、水素希釈率（Ｈ２ ／ＳｉＨ４ ）を高くして形成される。
【００２２】
この結果、本発明のａ−Ｓｉ膜は光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）に対して、膜中水素量（水素濃度）（ＣＨ ），Ｓｉ−Ｈ２ 結合量（ＣＳｉ−Ｈ２ ／ＣＨ ）が図１の（ａ），（ｂ）の■に示すようになり、光導電率（σｐｈ），暗導電率（σｄ）が同図の（ｃ）の□，■に示すようになった。
【００２３】
なお、図１の（ａ），（ｂ）の○は１００％ＳｉＨ４ を用いて従来の低ＲＦパワー条件（５０ｍＷ／ｃｍ２ 以下）、低圧力（０．４Ｔｏｒｒ以下）の条件で形成したａ−Ｓｉ膜の膜中水素量（ＣＨ ），Ｓｉ−Ｈ２ 結合量（ＣＳｉ−Ｈ２ ／ＣＨ ）を示し、同図の（ｃ）の○，●は１００％ＳｉＨ４ のａ−Ｓｉ膜の光導電率（σｐｈ），暗導電率（σｄ）を示す。
【００２４】
そして、本発明のａ−Ｓｉ膜は、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．６ｅＶ以上かつ膜中水素量（ＣＨ ）が３０％以上において、膜中のＳｉ−Ｈ２ 結合量（ＣＳｉ−Ｈ２ ／ＣＨ ）を水素量（ＣＨ ）の５０％以下にすることで、高い光導電率（σｐｈ）が得られ、しかも、暗導電率（σｄ）がほぼ１０−１１ （Ｓ／ｃｍ）以下に低く抑えられ、その比（σｐｈ／σｄ）が１０５ 以上（５桁以上）になり、積層型太陽電池のトップセルの発電層としても好適である。
【００２５】
つぎに、前記表１の条件で形成した本発明のａ−Ｓｉ膜は原料ガスにワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が含まれず、この添加元素が１％未満である。
【００２６】
そして、ワイドギャップ化添加元素の影響を調べるため、本発明のａ−Ｓｉ膜と、プラズマＣＶＤ法によりつぎの表２の条件で形成したａ−ＳｉＣ膜とにつき、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）に対する光導電率（σｐｈ），暗導電率（σｄ）を測定したところ、図２の結果が得られた。
【００２７】
【表２】
図２において、■，●は本発明のａ−Ｓｉ膜の光導電率（σｐｈ），暗導電率（σｄ）を示し、実線イ，ロはａ−ＳｉＣ膜の光導電率（σｐｈ），暗導電率（σｄ）を示す。
【００２９】
そして、図２からも明らかなように、従来のａ−ＳｉＣ膜は光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）を１．７ｅＶ以上にすると、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が多く含まれて膜中欠陥が多く、光導電率（σｐｈ）が著しく低下して比（σｐｈ／σｄ）も著しく小さくなる。
【００３０】
なお、ａ−ＳｉＣはａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯのうちで最も欠陥が少なく膜質が良好であることから、ａ−ＳｉＮ膜，ａ−ＳｉＯ膜の場合、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）を１．７ｅＶ以上にすると、ａ−ＳｉＣ膜よりさらに特性は劣化する。
【００３１】
一方、本発明のａ−Ｓｉ膜はワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が１％未満でほとんど含まないため、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上であってもその元素の添加に起因した膜中欠陥の発生が少なく、前記したように、光導電率（σｐｈ）が高く、暗導電率（σｄ）がほぼ１０−１１ Ｓ／ｃｍ以下に低く抑えられ、比（σｐｈ／σｄ）が５桁以上に大きくなる。
【００３２】
ところで、本発明のａ−Ｓｉ膜にあっても、図２に示したように、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．９５ｅＶを超えると、光導電率（σｐｈ），比（σｐｈ／σｄ）が急激に低下することから、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）は１．９５ｅＶ以下にすることが望ましい。
【００３３】
そして、本発明のａ−Ｓｉ膜を形成する際、原料ガスにメタンガス（ＣＨ４ ）を添加し、膜中に故意に炭素（Ｃ）を混入したところ、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．９５ｅＶ以下で膜中の炭素濃度（Ｃｃ）が１％以上になると、光導電率（σｐｈ），比（σｐｈ／σｄ）が急激に低下することが確かめられた。
【００３４】
そのため、本発明のａ−Ｓｉ膜にあっては、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）を１％未満に抑えることが望ましく、実用上は、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ〜１．９５ｅＶであって、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が１％未満であることが好ましい。
【００３５】
そして、本発明のａ−Ｓｉ膜は、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上、水素濃度（ＣＨ ）が３０％以上、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であって、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）の濃度が１％未満であることから、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が広く、しかも、前記添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）の添加に起因した膜中の欠陥の発生が極めて少なく、従来のａ−ＳｉＣ膜，ａ−ＳｉＮ膜，ａ−ＳｉＯ膜より著しく膜質が優れ、光導電率（σｐｈ）が高く、暗導電率（σｄ）が低く、電気的特性の優れた膜となり、かつ、ワイドギャップ化添加元素が含まれない原料ガスを用いて形成するため、ワイドギャップ化添加元素を用いて形成した膜に比べ、ワイドギャップでも膜質の優れた非晶質シリコン膜を提供することが可能となるものである。
【００３６】
（第２の形態）
つぎに、請求項２の太陽電池についての実施の形態につき、図３，図４を参照して説明する。
図３はガラス等の透光性基板側から光が入射する順タイプのａ−Ｓｉ太陽電池を示す。
【００３７】
この太陽電池は、ガラス等の透光性基板１上にＳｎＯ２ 等の透明導電膜（ＴＣＯ）２をスパッタ法等により５０００〜８０００Å堆積し、さらに、光入射面側ドープ層（ｐ層）を形成するｐ−ａ−Ｓｉ膜３，発電層（ｉ層）を形成するｉ−ａ−Ｓｉ膜４，裏面側ドープ層（ｎ層）を形成するｎ−ａ−Ｓｉ膜５をプラズマＣＶＤ法により順に１００Å，２０００Å，１００Å程度堆積し、その上に、Ａｌ，Ａｇ等の金属を真空加熱蒸着法等により裏面電極６として１μｍ程度蒸着等して形成したものである。
【００３８】
そして、ｐ−ａ−Ｓｉ膜３，ｉ−ａ−Ｓｉ膜４，ｎ−ａ−Ｓｉ膜５は、ｐ，ｉ，ｎの水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ，ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ，ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなり、つぎの表３に示す条件で形成されている。
【００３９】
【表３】
そして、太陽電池のいわゆる窓層を形成するｐ−ａ−Ｓｉ膜３は、ＳｉＨ４ とＨ２ とを原料ガスとし、ドーピングガスに１％のＢ２ Ｈ６ ／Ｈ２ を使用し、表１の本発明のａ−Ｓｉ膜と同様、基板温度を低温（１８０℃）とし、高ＲＦパワー（７５０ｍＷ／ｃｍ２ ），高圧力（１．３Ｔｏｒｒ）の条件下、水素希釈率（Ｈ２ ／ＳｉＨ４ ）を高くして形成され、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．８２ｅＶ，水素濃度（ＣＨ ）が３０％以上、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が１％未満である。
【００４１】
また、ｉ−ａ−Ｓｉ膜４，ｎ−ａ−Ｓｉ膜５はＳｉＨ４ が原料ガスであり、ｎ−ａ−Ｓｉ膜５のドーパントガスは１％のＰＨ３ ／Ｈ２ である。
【００４２】
一方、比較のための従来例電池として、図４に示す光入射面側のドーピング層（窓層）を水素化アモルファスシリコンカーバイド（ｐ−ａ−ＳｉＣ：Ｈ）のｐ−ａ−ＳｉＣ膜３’とする太陽電池を、つぎの表４の条件で形成した。
【００４３】
【表４】
なお、ｐ−ａ−ＳｉＣ膜３’はＳｉＨ４ ，Ｈ２ 及びメタン（ＣＨ４ ）を原料ガスとして形成され、その光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）は、比較し易いように、図３のｐ−ａ−Ｓｉ膜３と同じ１．８２ｅＶである。
【００４５】
そして、図３の太陽電池（本発明電池）と図４の太陽電池（従来例電池）との特性（太陽電池特性）を比較したところ、つぎの表５の結果が得られた。
【００４６】
【表５】
この表５からも明らかなように、窓層をｐ−ａ−Ｓｉ膜３で形成した図３の太陽電池は、図４の従来例電池に比し、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が増大し、変換効率（η）が向上し、著しく優れた特性を備える。
【００４８】
これは、ｐ−ａ−Ｓｉ膜３により形成された窓層の膜質がｐ−ａ−ＳｉＣ膜３’により形成された場合より向上し、窓層（ｐ層）の直列抵抗による損失が低減されたことによるものと考えられる。
【００４９】
（第３の形態）
つぎに、請求項３の太陽電池についての実施の形態につき、図５，図６を参照して説明する。
前記したように本発明のａ−Ｓｉ膜は光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が非常に広く、そのため、短波長領域に吸収のピークがあり、タンデムセル，３スタックセル等の積層型太陽電池のトップセルの発電層にも適している。
【００５０】
図５は本形態の順タイプの積層型ａ−Ｓｉ太陽電池のトップセルの構造を示し、図３の裏面電極６の代わりに透明導電膜７を設け、光入射面側の透明導電膜２と裏面側の透明導電膜７との間に、光入射面側から順に、ｐ層を形成するｐ−ａ−ＳｉＣ：Ｈのｐ−ａ−ＳｉＣ膜８，発電層（ｉ層）を形成するｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈのｉ−ａ−Ｓｉ膜９，ｎ層を形成するｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈのｎ−ａ−Ｓｉ膜１０を設けて形成されている。
【００５１】
すなわち、図５のトップセルは、透光性基板１上に透明導電膜２をスパッタ法等により５０００〜８０００Å堆積し、さらに、ｐ−ａ−ＳｉＣ膜８，ｉ−ａ−Ｓｉ膜９，ｎ−ａ−Ｓｉ膜１０を、プラズマＣＶＤ法により堆積し、その上に、裏面電極として、透明導電膜７をスパッタ法等により１０００Å程度堆積して形成したものである。
【００５２】
ところで、積層型太陽電池にあっては、各ユニットセル（タンデムの場合はトップセルとボトムセル，３スタックの場合はトップセルとミドルセルとボトムセル）が直列接続されるため、それらの電流密度をそろえる必要があり、とくに、トップセルについては、トップセルと，ボトムセル又はミドルセルとの界面に裏面電極として金属膜を形成しないため、発電層の膜厚設定に注意が必要である。
【００５３】
そして、この実施の形態にあっては、各ユニットセルで７ｍＡ／ｃｍ２ を発電させることとし、ｉ−ａ−Ｓｉ膜９のｉ層膜厚を１２００Åとし、ｐ−ａ−ＳｉＣ膜８のｐ層，ｎ−ａ−Ｓｉ膜１０のｎ層の膜厚はそれぞれ１００Åとし、つぎの表６の条件で各層を形成している。
【００５４】
【表６】
そして、発電層（ｉ層）を形成するｉ−ａ−Ｓｉ膜９は、ＳｉＨ４ とＨ２ とを原料ガスとし、基板温度を低温（１８０℃）とし、高ＲＦパワー（７５０ｍＷ／ｃｍ２ ），高圧力（１．３Ｔｏｒｒ）の条件下、水素希釈率（Ｈ２ ／ＳｉＨ４ ）を高くして形成され、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．８２ｅＶ，水素濃度（ＣＨ ）が３０％以上、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であって、ワイドギャップ化添加元素（Ｃ，Ｎ，Ｏ）が１％未満である。
【００５６】
また、ｐ−ａ−ＳｉＣ膜８はＳｉＨ４ ，Ｈ２ ，ＣＨ４ を原料ガスとして形成され、ｎ−ａ−Ｓｉ膜１０はＳｉＨ４ を原料ガスとして形成されている。
【００５７】
一方、比較のための従来例電池を、図６に示す発電層（ｉ層）をｉ−ａ−ＳｉＣ：Ｈのｉ−ａ−ＳｉＣ膜９’とするトップセル構造の積層型太陽電池とし、この太陽電池のトップセルを、つぎの表７の条件で作成した。
【００５８】
【表７】
この従来例電池のトップセルのｉ−ａ−ＳｉＣ膜９’は、ＳｉＨ４ ，Ｈ２ ，ＣＨ４ を原料ガスとして形成され、その光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）は、比較し易いように、図５のｉ−ａ−Ｓｉ膜９と同じ１．８２ｅＶである。
【００６０】
そして、図５のトップセル（本発明電池のセル）と図６のトップセル（従来例電池のセル）との太陽電池特性を比較したところ、つぎの表８の結果が得られた。
【００６１】
【表８】
この表８からも明らかなように、発電層をｉ−ａ−Ｓｉ膜８とした図５の本発明電池のセルは、図６の従来例電池のセルに比し、開放電圧（Ｖｏｃ），短絡電流（Ｉｓｃ），曲線因子（Ｆ．Ｆ．）のいずれもが増大し、変換効率（η）が向上している。
【００６３】
これは、図６の従来例電池のセルでは発電層（ｉ層）の膜質が悪く、リークが発生して太陽電池特性が極めて低いものとなるが、図５の本発明電池のセルでは発電層（ｉ層）の膜質が良好でリークの発生等が生じないからである。
【００６４】
したがって、図５のトップセル構造の積層型太陽電池は、トップセルの発電層が、光学的バンドギャップが極めて広く、短波長の光を極力吸収して発電する膜質の優れたワイドギャップのａ−Ｓｉ膜からなり、特性が著しく改善されて向上する。
【００６５】
ところで、前記第２，第３の形態においては、順タイプの太陽電池の光入射面側ドープ層としてのｐ層，発電層としてのｉ層それぞれを本発明のａ−Ｓｉ膜とした場合について説明したが、ｐ層，ｉ層を共に本発明のａ−Ｓｉ膜としてもよく、具体的には、例えば図３の太陽電池において、ｐ層は同図のｐ−ａ−Ｓｉ膜３とし、ｉ層は図５のｉ−ａ−Ｓｉ膜９としてもよい。
【００６６】
また、前記第２，第３の形態にあっては、ガラス基板等の透光性基板側から光が入射する順タイプの太陽電池に適用して説明したが、膜面側（基板の反対側）から光が入射する逆タイプの太陽電池の光入射面側ドープ層（ｐ層），逆タイプの積層型太陽電池のトップセルの発電層（ｉ層）等にも、同様に適用できるのは勿論である。
【００６７】
なお、逆タイプの太陽電池は、絶縁性基板上に金属電極、ｎ層としてのｎ−ａ−Ｓｉ膜，ｉ層としてのｉ−ａ−Ｓｉ膜，ｐ層としてのｐ−ａ−Ｓｉ膜を順に堆積し、その上に、ＩＴＯ，ＳｎＯ２ ，ＺｎＯ等の透明導電膜，Ａｇ等の集電極を設けて形成される。
【００６８】
さらに、前記第２，第３の形態において、ｎ層のドーピングガスは、Ｂ２ Ｈ６ ／Ｈ６ でなく、Ｂ（ＣＨ３ ）３ ／Ｈ２ であってもよい。
【００６９】
そして、本発明の太陽電池は、前記第２，第３の形態のａ−Ｓｉ太陽電池でなくてもよく、例えば非晶質膜を結晶系シリコンとの接合形成に用いるいわゆるＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｔｈｉｎ−Ｉａｙｅｒ ）接合太陽電池であってもよく、その光入射面側ドープ層（ｐ層），発電層（ｉ層）に本発明のａ−Ｓｉ膜を用いることにより、同様の効果が得られる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
まず、請求項１の非晶質シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の場合、光学的バンドギャップが１．７ｅＶ以上、水素濃度が３０％以上、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であって、ワイドギャップ化添加元素の濃度が１％未満であるため、ワイドギャップ化添加元素をほとんど含まず、その添加に起因した膜中欠陥の発生が従来のａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＮ，ａ−ＳｉＯの非晶質膜より著しく抑制されて減少し、しかも、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であることから、光導電率が高く、暗導電率が低くなる。
【００７１】
したがって、光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上で膜中の欠陥密度が小さく膜質の優れた非晶質シリコン膜を提供することができ、かつ、ワイドギャップ化添加元素が含まれない原料ガスを用いて形成するため、ワイドギャップ化添加元素を用いて形成した膜に比べ、ワイドギャップでも膜質の優れた非晶質シリコン膜を提供することが可能となるものである。
【００７２】
つぎに、請求項２の太陽電池は、請求項１記載の非晶質シリコン膜を光入射面側ドープ層としたため、窓層（光入射面側ドープ層）の光学的バンドギャップ（Ｅｏｐｔ３）が１．７ｅＶ以上になり、しかも、その光導電率等が優れ、窓層での光吸収が少ない特性の優れた太陽電池を提供することができる。
【００７３】
つぎに、請求項３の太陽電池は、請求項１記載の非晶質シリコン膜を発電層としたため、とくに積層型の太陽電池の場合、トップセルの発電層の光学的バンドギャップを１．７ｅＶ以上にし、短波長の光を極力吸収して発電することができ、特性の優れた積層型の太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の実施の第１の形態の非晶質シリコン膜の光学的バンドギャップと，膜中水素量，Ｓｉ−Ｈ２ 結合量，光・暗導電率それぞれとの関係説明図である。
【図２】本発明の実施の１形態の非晶質シリコン膜及び従来例膜の光学的バンドギャップと光・暗導電率との関係説明図である。
【図３】本発明の実施の第２の形態の太陽電池の断面図である。
【図４】図３の太陽電池との比較のための従来例電池の断面図である。
【図５】本発明の実施の第３の形態の積層型太陽電池のトップセルの断面図である。
【図６】図５の太陽電池との比較のための従来例電池のトップセルの断面図である。
【符号の説明】
３ 光入射面側ドープ層としてのｐ−ａ−Ｓｉ膜
９ 発電層としてのｉ−ａ−Ｓｉ膜
Claims (3)
- 光学的バンドギャップが１．７ｅＶ以上、水素濃度が３０％以上、Ｓｉ−Ｈ２ 結合量が５０％以下であって、ワイドギャップ化添加元素が含まれない原料ガスを用いて形成することにより、前記ワイドギャップ化添加元素の濃度が１％未満とされたことを特徴とする非晶質シリコン膜。
- 請求項１記載の非晶質シリコン膜を光入射面側ドープ層としたことを特徴とする太陽電池。
- 請求項１記載の非晶質シリコン膜を発電層としたことを特徴とする太陽電池。
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|---|---|---|---|---|
| JP7200089B2 (ja) | 2016-07-13 | 2023-01-06 | シャンハイ パシフィック ハット マニュファクチャリング カンパニー リミテッド | キャップ及びキャップを製造する方法 |
-
1998
- 1998-03-26 JP JP10057498A patent/JP3616495B2/ja not_active Expired - Lifetime
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