JP4033517B2

JP4033517B2 - シリコン系薄膜光電変換装置

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Publication number: JP4033517B2
Application number: JP09994497A
Authority: JP
Inventors: 雅士吉見; 孝之鈴木; 昭彦中島; 憲治山本
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: JPH10294482A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜光電変換装置に関し、特に、シリコン系薄膜光電変換装置の性能改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、たとえば多結晶シリコンや微結晶シリコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を利用した光電変換装置の開発が精力的に行なわれている。これらの開発は、安価な基板上に低温プロセスで良質の結晶質シリコン薄膜を形成することによって光電変換装置の低コスト化と高性能化を両立させようという試みであり、太陽電池だけでなく光センサ等の様々な光電変換装置への応用が期待されている。
【０００３】
このような良質の結晶質シリコン薄膜を形成する方法としては、基板上に大結晶粒径のシリコン薄膜の下地層を何らかのプロセスで形成した後に、この下地層をシード層または結晶化制御層として用いることによって、結晶粒界や粒内欠陥が少なくて一方向に強く結晶配向した良質の光電変換層となる結晶質シリコン薄膜をその下地層上に堆積させるという手法が知られている。より具体的には、基板上に堆積されたシリコン膜をゾーンメルト法によって大結晶粒径化したものを下地層に用いる方法がSolar Energy Materials and Solar Cells, Vol.34, 1994, p.285 に記載されており、また、基板上に堆積されたシリコン膜を固相成長法によって大粒径化したものを下地層に用いる方法がSolar Energy Materials and Solar Cells, Vol.34, 1994, p.257 に記載されている。しかし、これらのいずれにおいても、下地層または光電変換層の形成に５００℃以上の比較的に高温度のプロセスを含んでいることから、用いられ得る基板の種類に制約がある。
【０００４】
また、結晶質シリコン系光電変換層の下地層として非晶質シリコン系薄膜を用いた光電変換装置が、特開平７−２６３７３２に記載されている。この非晶質シリコン系薄膜は基板材料と結晶質シリコン系薄膜との熱膨張係数の相違による歪を緩和させることを目的としているが、この技術も５００℃以上の高温度のプロセスにおける熱応力に対処するために必要とされるものであり、また、このような形成方法によって高い光電変換特性が得られたという事例は未だ存在していない。
【０００５】
他方、安価な低融点ガラスの基板を用いることができかつ熱膨張係数の差異に基づく積層膜内の応力や歪が生じにくい比較的低温のプロセスのみを用いる方法であって、優れた光電変換効率の結晶質シリコン系薄膜光電変換装置を形成し得る方法が近年脚光を浴びている。たとえば、微結晶シリコンのｐｉｎ接合からなる光電変換ユニットを含む光電変換装置がAppl.Phys.Lett.,Vol.65,1994,p.860 に記載されている。この光電変換ユニットは、簡便にプラズマＣＶＤ法で順次積層されたｐ型半導体層、光電変換層たるｉ型半導体層およびｎ型半導体層からなり、これらの半導体層のすべてが微結晶シリコンであることを特徴としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
光電変換ユニットを構成するシリコン系薄膜のすべてを低温プロセスのみで形成しようとする場合、光電変換層のための下地層として、シード層となり得る大粒径結晶質シリコン薄膜を形成することは非常に困難である。しかしながら、上述の先行技術中で、微結晶シリコンのｐｉｎ接合をプラズマＣＶＤ法にて低温で形成する光電変換ユニットでは、導電型微結晶シリコンが光電変換層の下地層となっているものの、これは単に光電変換層との材料的類似性を考慮したものであって、光電変換層の結晶性を積極的に制御しようとするためのものではない。また、この下地層の導電型微結晶シリコン膜は小粒径の結晶シリコンが多数存在する膜であるので、この上に形成される結晶質シリコン系光電変換層はその成長初期過程で多数の結晶核を生じ、結果として光電変換特性に悪影響を及ぼす結晶粒界や粒内欠陥の多い膜になりやすいという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、上述のような先行技術の課題に鑑み、安価な基板が使用可能な低温プロセスのみを用いて形成されるシリコン系光電変換装置において、結晶質シリコン系薄膜光電変換層中の結晶粒界や粒内欠陥を低減させて光電変換特性を改善することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるシリコン系薄膜光電変換装置は、基板上に形成された少なくとも１つの光電変換ユニットを含み、その光電変換ユニットは、プラズマＣＶＤ法によって順次積層された１導電型半導体層と、結晶質を含むシリコン系薄膜の光電変換層と、逆導電型半導体層とを含み、１導電型半導体層は、０．０１原子％以上の導電型決定不純物原子を含む結晶質シリコン系薄膜および非晶質シリコン系薄膜を含みかつこの非晶質シリコン系薄膜が光電変換層と直接接しており、光電変換層は４００℃以下の下地温度のもとで形成されたものであって、８０％以上の体積結晶化分率と、２〜３０原子％の範囲内の水素含有量と、０．５〜２０μｍの範囲内の厚さとを有していることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、本発明者らは、上述の先行技術における課題を解決すべく検討を重ねた結果、光電変換ユニットに含まれる半導体層のすべてをプラズマＣＶＤ法にて低温で形成するシリコン系薄膜光電変換装置の場合に、光電変換層の下地となる導電型層において、結晶質シリコン系光電変換層の結晶核発生の要因となる小粒径の結晶シリコンの密度を少なくすること、すなわちその極限として光電変換層と隣接する界面部分を結晶粒の存在しない非晶質状態にすることにより、光電変換層の成長初期過程における結晶核発生密度が適度に抑制されて、結晶粒界や粒内欠陥が少なくかつ一方向に強く結晶配向した良質の光電変換層が得られることを見出したのである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明に密接に関連する参考実施形態とともに、本発明による実施形態が説明される。
【００１１】
図１は、本発明に密接に関連する参考実施形態１によるシリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視図で図解している。この装置の基板１０１にはステンレス等の金属、有機フィルム、または低融点の安価なガラス等が用いられ得る。
【００１２】
基板１０１上の裏面電極１１０は、下記の薄膜（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば蒸着法やスパッタ法によって形成され得る。
（Ａ）Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕおよびＰｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれらの合金からなる金属薄膜。
（Ｂ）ＩＴＯ、ＳｎＯ₂およびＺｎＯから選択された少なくとも１以上の酸化物からなる透明導電性薄膜。
【００１３】
裏面電極１１０上には、光電変換ユニット１１１のうちの１導電型半導体層１０４がプラズマＣＶＤ法にて堆積される。この１導電型半導体層１０４としては、たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ型非晶質シリコン層、またはボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型非晶質シリコン層などが用いられ得る。しかし、１導電型半導体層１０４に関するこれらの条件は限定的なものではなく、不純物原子としてはたとえばｐ型非晶質シリコンにおいてはアルミニウム等でもよく、また非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウム等の合金材料の層を用いてもよい。導電型非晶質シリコン系薄膜１０４の厚さは１〜５０ｎｍの範囲内に設定され、より好ましくは２〜１０ｎｍの範囲内に設定される。
【００１４】
下地となる１導電型半導体層１０４上には、光電変換層１０５として、結晶質を含むシリコン系薄膜がプラズマＣＶＤ法によって４００℃以下の下地温度のもとで形成される。この光電変換層１０５としては、ノンドープのｉ型多結晶シリコン薄膜や体積結晶化分率８０％以上のｉ型微結晶シリコン薄膜、あるいは微量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えている結晶質シリコン系薄膜が使用され得る。また、光電変換層１０５はこれらに限定されず、合金材料であるシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等の膜を用いてもよい。
【００１５】
光電変換層１０５の膜厚は０．５〜２０μｍの範囲内で、より好ましくは１〜１０μｍの範囲内に設定され、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層として必要かつ十分な厚さである。光電変換層１０５は４００℃以下という低温で形成されるので、結晶粒界や粒内における欠陥を終端または不活性化させる水素原子を多く含み、その好ましい水素含有量は２〜３０原子％の範囲内であり、より好ましくは４〜２０原子％の範囲内にある。
【００１６】
シリコン系薄膜光電変換層１０５に含まれる結晶粒の多くは、下地層から上方に柱状に延びて成長している。それらの多くの結晶粒は膜面に平行に（１１０）の優先結晶配向面を有し、Ｘ線回折で求めた（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比が１／５以下であることが好ましく、１／１０以下であることがより好ましい。
【００１７】
光電変換層１０５上には、その下地層１０４とは逆タイプの導電型半導体層１０６としての微結晶シリコン系薄膜がプラズマＣＶＤ法によって堆積される。この逆導電型微結晶シリコン系薄膜１０６としては、たとえば導電型決定不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型微結晶シリコン薄膜、またはリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ型微結晶シリコン薄膜などが用いられ得る。しかし、逆導電型半導体層１０６についてのこれらの条件は限定的なものではなく、不純物原子としてはたとえばｐ型微結晶シリコンにおいてはアルミニウム等でもよく、また微結晶シリコンカーバイドや微結晶シリコンゲルマニウム等の合金材料の膜を用いてもよい。なお、逆導電型微結晶シリコン系薄膜１０６の厚さは３〜１００ｎｍの範囲内に設定され、より好ましくは５〜５０ｎｍの範囲内に設定される。
【００１８】
光電変換ユニット１１１上には、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ等から選択された少なくとも１以上の層からなる透明導電性酸化膜が形成され、さらにこの上にグリッド電極としてＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ等から選択された少なくとも１以上の金属またはこれらの合金の層を含む櫛形状の金属電極１０８がスパッタ法または蒸着法により形成され、これによって図１に示されているような光電変換装置が完成する。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態によるシリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視図で図解している。図３の光電変換装置においては、図１の場合と同様に基板３０１上に裏面電極３１０が形成されるが、裏面電極３１０上には、１導電型微結晶シリコン系薄膜３０４ａがプラズマＣＶＤ法で堆積された後に同一導電型の非晶質シリコン系薄膜３０４ｂがプラズマＣＶＤ法で堆積される。
【００２０】
１導電型微結晶シリコン系薄膜３０４ａとしては、たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０１原子％以上ドープされたｎ型微結晶シリコン薄膜、またはボロンが０．０１原子％以上ドープされたｐ型微結晶シリコン薄膜などが用いられ得る。しかし、１導電型微結晶シリコン層３０４ａについてのこれらの条件は限定的なものではなく、不純物原子としてはたとえばｐ型微結晶シリコンにおいてはアルミニウム等でもよく、また微結晶シリコンカーバイドや微結晶シリコンゲルマニウム等の合金材料の膜を用いてもよい。１導電型微結晶シリコン系薄膜３０４ａの厚さは３〜１００ｎｍの範囲内に設定され、より好ましくは５〜５０ｎｍの範囲内に設定される。
【００２１】
１導電型微結晶シリコン薄膜３０４ａ上には、非晶質シリコン系薄膜３０４ｂ、光電変換層３０５、逆導電型半導体層３０６、透明前面電極３０７、および櫛形状金属電極３０８が、図１中のそれぞれ対応する要素１０４〜１０８と同様に形成され、これによって本発明の一実施形態による図３の光電変換装置が完成する。
【００２２】
図５は、本発明に密接に関連する参考実施形態２によるタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視図で図解している。図５のタンデム型光電変換装置においては、図１の場合と同様に基板５０１上の複数の半導体層５０２〜５０６が、図１の基板１０１上の複数の半導体層１０２〜１０６に対応して同様に形成される。
【００２３】
しかし、図５のタンデム型光電変換装置においては、第１の光電変換ユニット５１１上に重ねて第２の光電変換ユニット５１２がさらに形成される。第２の光電変換ユニット５１２は、第１の光電変換ユニット５１１上に順次積層された１導電型の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜５１３、実質的に真正半導体である非晶質シリコン系薄膜光電変換層５１４、および逆導電型の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜５１５を含んでいる。
【００２４】
第２の光電変換ユニット５１２上には、前面透明電極５０７および櫛形状金属電極５０８が図１中の対応する要素１０７および１０８と同様に形成され、これによって図５のタンデム型光電変換装置が完成する。
【００２５】
【実施例】
以下において、本発明に密接に関連する参考例および本発明の実施例によるシリコン系薄膜光電変換装置としてのシリコン系薄膜太陽電池が、比較例による太陽電池とともに説明される。
【００２６】
（比較例１）
図２に示されているような多結晶シリコン薄膜太陽電池が、比較例１として作製された。まず、ガラス基板２０１上に、裏面電極２１０として、厚さ３００ｎｍのＡｇ膜２０２とその上の厚さ１００ｎｍのＺｎＯ膜２０３とのそれぞれがスパッタ法にて形成された。裏面電極２１０上には、厚さ３０ｎｍでリンドープされたｎ型微結晶シリコン層２０４、厚さ３μｍでノンドープの多結晶シリコン光電変換層２０５、および厚さ１５ｎｍでボロンドープされたｐ型微結晶シリコン層２０６がそれぞれプラズマＣＶＤ法により成膜され、ｎｉｐ光電変換ユニット２１１が形成された。光電変換ユニット２１１上には、前面電極２０７として、厚さ８０ｎｍの透明導電性ＩＴＯ膜がスパッタ法にて堆積され、その上に電流取出のための櫛形Ａｇ電極２０８が蒸着法にて形成された。
【００２７】
ｎ型微結晶シリコン層２０４は、ＲＦプラズマＣＶＤ法により、以下に示す条件にて堆積された。すなわち、反応ガスの流量としてはシランが５ｓｃｃｍ、水素が２００ｓｃｃｍ、そしてホスフィンが０．０５ｓｃｃｍであり、反応室内圧力は１Ｔｏｒｒに設定された。また、ＲＦパワー密度は１５０ｍＷ／ｃｍ²であり、成膜温度は２００℃であった。これと同一の成膜条件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｎ型微結晶シリコン膜の暗導電率は、１０Ｓ／ｃｍであった。さらに、このｎ型微結晶シリコン層２０４上に形成される多結晶シリコン光電変換層２０５は、成膜温度３００℃のもとでＲＦプラズマＣＶＤ法により堆積された。多結晶シリコン光電変換層２０５において、２次イオン質量分析法から求めた水素含有量は５原子％であり、Ｘ線回折における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比は１／４であった。
【００２８】
この比較例１の太陽電池に入射光２０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したときの出力特性においては、開放端電圧が０．４６１Ｖ、短絡電流密度が２６．８ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７４．５％、そして変換効率が９．２％であった。
【００２９】
（参考例１）
図１の参考実施形態１に対応して、参考例１としての多結晶シリコン薄膜太陽電池が作製された。この参考例１の太陽電池は、ｎ型微結晶シリコン層２０４の代わりに厚さ３０ｎｍのｎ型非晶質シリコン層１０４を含んでいることのみにおいて比較例１の太陽電池と異なっている。すなわち、参考例１による図１の太陽電池中の要素１０１〜１０３および１０５〜１０８は、比較例１による図２の太陽電池中の要素２０１〜２０３および２０５〜２０８のそれぞれに対応した同じ方法と条件によって形成されたものである。
【００３０】
図１中のｎ型非晶質シリコン層１０４は、ＲＦプラズマＣＶＤ法により、以下に示す条件にて堆積された。すなわち、反応ガスの流量としては、シランが１０ｓｃｃｍ、水素が１０ｓｃｃｍ、そしてホスフィンが０．０５ｓｃｃｍであり、反応室内圧力は１Ｔｏｒｒに設定された。ＲＦパワー密度は１５ｍＷ／ｃｍ²であり、成膜温度は１５０℃であった。これと同一の成膜条件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｎ型非晶質シリコン膜の暗導電率は５×１０^-6Ｓ／ｃｍであった。このｎ型非晶質シリコンの下地層１０４上に形成された多結晶シリコン光電変換層１０５において、２次イオン質量分析法から求めた水素含有量は比較例１とほぼ同じ５原子％であったが、Ｘ線回折における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比は１／９に減少した。
【００３１】
このような参考例１の太陽電池に入射光１０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したときの出力特性においては、開放端電圧が０．５４０Ｖ、短絡電流密度が２７．０ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が６４．８％、そして変換効率が９．４％であった。
【００３２】
（実施例１）
図３の実施形態に対応して、本発明の実施例１としての多結晶シリコン薄膜太陽電池が作製された。この実施例１の太陽電池は、ｎ型微結晶シリコン層２０４の代わりに厚さ３０ｎｍのｎ型微結晶シリコン層３０４ａとその上に積層された厚さ５ｎｍのｎ型非晶質シリコン層３０４ｂを含んでいることのみにおいて比較例１の太陽電池と異なっている。すなわち、実施例１による図３の太陽電池中の要素３０１〜３０３および３０５〜３０８は、比較例１による図２の太陽電池中の要素２０１〜２０３および２０５〜２０８のそれぞれに対応した同じ方法と条件によって形成されたものである。
【００３３】
この実施例１におけるｎ型微結晶シリコン層３０４ａおよびｎ型非晶質シリコン層３０４ｂは、それぞれ、比較例１のｎ型微結晶シリコン層２０４および参考例１のｎ型非晶質シリコン層１０４と同様に成膜された。このｎ型非晶質シリコン層３０４ｂ上に形成された多結晶シリコン光電変換層３０５についてのＸ線回折における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比は１／１２であった。
【００３４】
このような実施例１の太陽電池に入射光３０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したときの出力特性においては、開放端電圧が０．５４４Ｖ、短絡電流密度が２７．２ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７４．４％、そして変換効率が１１．０％であった。
【００３５】
（比較例１、参考例１および実施例１の比較）
参考例１と比較例１とを比べれば明らかなように、参考例１では太陽電池出力特性の中で開放端電圧が０．５４０Ｖであって、比較例１の０．４６１Ｖに比べて顕著に高くなっている。これは、参考例１においてｎ型非晶質シリコン層１０４を下地としているので、その上の光電変換層１０５の成長初期において発生する結晶核密度が適度に抑制され、結晶粒界や粒内欠陥が少なくて結晶配向軸の揃った良質の光電変換層１０５が得られたことによる。このことは、光電変換層１０５についてのＸ線回折における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比が１／９のように小さな値であることによって裏付けられている。また、比較例１では、ｎ型微結晶シリコン層２０４と光電変換層２０５とが実質的に結晶材料同士の接合を形成しているのに対して、参考例１では非晶質層１０４と結晶質層１０５とのヘテロ接合を形成しているので、このヘテロ接合も開放端電圧を向上させるように作用している。
【００３６】
他方、参考例１においては、低導電率のｎ型非晶質シリコン層１０４が比較例１におけるｎ型微結晶シリコン層２０４と同じ膜厚を有しているので直列抵抗が大きくなって、曲線因子が比較例１の７４．５％に比べて６４．８％に低下している。その結果、開放端電圧の向上の効果が曲線因子の低下の効果によって相殺されてしまい、参考例１の変換効率９．４％と比較例１の変換効率９．２％との間には、わずかな改善しかみられない。
【００３７】
実施例１は、このような参考例１の出力特性をさらに改善したものである。すなわち、実施例１においては、参考例１の比較的厚い非晶質シリコン層２０４の代わりとして、高導電率のｎ型微結晶シリコン層３０４ａを堆積した後に膜厚の薄いｎ型非晶質シリコン層３０４ｂが堆積されているので、直列抵抗の増大が抑制されて比較例１の場合とほぼ同等の曲線因子７４．４％が維持されている。しかも、実施例１においては、光電変換層３０５がｎ型非晶質シリコン層３０４ｂ上に堆積されているので、参考例１の場合と同様の効果によって同様の高い開放端電圧０．５４４Ｖが得られ、その結果として１１．０％の高い光電変換効率が得られている。
【００３８】
（比較例２）
図４に示されているようなタンデム型太陽電池が比較例２として作製された。この比較例２の太陽電池においては、要素４０１〜４０６が比較例１の対応する要素２０１〜２０６と同様に形成された。しかし、この比較例２においては、第１の光電変換ユニット４１１上に、さらに非晶質シリコン光電変換ユニット４１２が積層された。この第２の光電変換ユニット４１２は、それぞれが非晶質のｎ層４１３、ｉ層４１４、およびｐ層４１５を含んでいる。非晶質光電変換層４１４の厚さは、０．４μｍにされた。このような第２の光電変換セル４１２上に前面透明電極４０７および櫛形金属電極４０８を比較例１の対応する要素２０７および２０８と同様に形成することによって、図４に示されているような比較例２のタンデム型太陽電池が作製された。
【００３９】
このような比較例２による非晶質シリコン薄膜／多結晶シリコン薄膜型のタンデム型太陽電池に対して入射光４０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したときの出力特性においては、開放端電圧が１．３４Ｖ、短絡電流密度が１３．３ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７３．３％、そして変換効率が１３．０％であった。
【００４０】
（参考例２）
図５の参考実施形態２に対応して、参考例２としてタンデム型太陽電池が作製された。この参考例２のタンデム型太陽電池においては、その要素５０１〜５０６が、参考例１の対応する要素１０１〜１０６と同様に形成された。しかし、この参考例２のタンデム型太陽電池においては、第１の光電変換ユニット５１１上に、図４の比較例２の半導体層４１３〜４１５と同様の半導体層５１３〜５１５が形成された。すなわち、参考例２における第２の光電変換ユニット５１２は、図４の比較例２における非晶質シリコン光電変換ユニット４１２と同じ条件で形成されている。このような第２の光電変換ユニット５１２上に、さらに前面透明電極５０７および櫛形金属電極５０８を比較例２の対応する要素４０７および４０８と同様に形成することによって、図５に示されているような参考例２のタンデム型太陽電池セルが作製された。
【００４１】
この参考例２による非晶質シリコン薄膜／多結晶シリコン薄膜型のタンデム型太陽電池に対して入射光５０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したときの出力特性としては、開放端電圧が１．４２Ｖ、短絡電流密度が１３．５ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７３．１％、そして変換効率が１４．０％であった。
【００４２】
（比較例２と参考例２の比較）
比較例１と参考例１との比較において述べたように、単一の光電変換ユニット１１１を含む参考例１の多結晶シリコン薄膜太陽電池においては、開放端電圧の向上の効果が曲線因子の低下の効果によって相殺されたために、変換効率には大きな改善がみられなかった。しかし、非晶質シリコン光電変換ユニット５１２を含む参考例２のタンデム型太陽電池においては、光電変換効率が１４．０％であって、比較例２の光電変換効率１３．０％に比べてかなり高くなっている。これは、タンデム化によって第１光電変換ユニット５１１の低曲線因子の影響を少なくできることによるものである。すなわち、曲線因子が低くても開放端電圧が高い参考例１のような薄膜多結晶シリコン太陽電池であっても、非晶質シリコン系光電変換ユニットと組合せてタンデム化することによって、優れた光電変換効率を得ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、結晶質を含むシリコン系光電変換層を高品質化することができ、それによってシリコン系薄膜光電変換装置の高性能化に大きく貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に密接に関連する参考実施形態１による結晶質シリコン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。
【図２】先行技術による比較例１としての結晶質シリコン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による結晶質シリコン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。
【図４】先行技術による比較例２としての非晶質シリコン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型光電変換装置を示す模式的な斜視図である。
【図５】本発明に密接に関連する参考実施形態２による非晶質シリコン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型光電変換装置を示す模式的な斜視図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１：ガラス等の基板
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２：Ａｇ等の膜
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３：ＺｎＯ等の膜
２０４、３０４ａ、４０４：たとえばｎ型の１導電型微結晶シリコン層
１０４、３０４ｂ、５０４：たとえばｎ型の１導電型非晶質シリコン層
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５：結晶質シリコン光電変換層
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６：たとえばｐ型の逆導電型微結晶シリコン層
１０７、２０７、３０７、４０７、５０７：ＩＴＯ等の透明導電膜
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８：Ａｇ等の櫛形電極
１０９、２０９、３０９、４０９、５０９：照射光
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０：裏面電極
１１１、２１１、３１１、４１１、５１１：結晶質シリコン光電変換ユニット
４１２、５１２：非晶質シリコン光電変換ユニット

Claims

基板上に形成された少なくとも１つの光電変換ユニットを含み、
前記光電変換ユニットは、プラズマＣＶＤ法によって順次積層された１導電型半導体層と、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層と、逆導電型半導体層とを含み、
前記１導電型半導体層は、０．０１原子％以上の導電型決定不純物原子を含む結晶質シリコン系薄膜および非晶質シリコン系薄膜を含みかつこの非晶質シリコン系薄膜が前記光電変換層と直接接しており、
前記光電変換層は４００℃以下の下地温度のもとで形成されたものであって、８０％以上の体積結晶化分率と、２〜３０原子％の範囲内の水素含有量と、０．５〜２０μｍの範囲内の厚さとを有していることを特徴とするシリコン系薄膜光電変換装置。
前記１導電型非晶質シリコン系薄膜の厚さが１〜５０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のシリコン系薄膜光電変換装置。
前記光電変換層はその膜面に平行に（１１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比が１／５以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン系薄膜光電変換装置。
前記シリコン系薄膜光電変換装置は前記基板上で前記光電変換ユニット上にさらに積層された非晶質シリコン系光電変換ユニットを含むタンデム型であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載のシリコン系薄膜光電変換装置。