JP4299632B2

JP4299632B2 - 光電変換装置

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Publication number: JP4299632B2
Application number: JP2003366557A
Authority: JP
Inventors: 信菅原; 淳雄旗手; 晶子古茂田; 久雄有宗
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-10-27
Also published as: JP2005129870A

Description

本発明は光を電気に変換する太陽電池などの光電変換装置に関し、特に結晶質半導体粒子を用いた光電変換装置に関するものである。

従来、結晶シリコンウエハを用いた変換効率の高い太陽電池が実用化されている。この結晶シリコンウエハは、結晶性がよく、かつ不純物が少なくてその分布に偏りのない大型の単結晶シリコンインゴットから切り出されて作製されている。しかし、大型の単結晶シリコンインゴットは作製するのに長時間を要するため生産性が悪く、これにより高価となるので、大型の単結晶シリコンインゴットを必要とせず、高効率な次世代太陽電池の出現が強く望まれている。

大型の単結晶シリコンインゴットを必要としない光電変換装置として、例えば、図５に示すようなシリコン結晶粒子を用いた光電変換装置が提案されている（特許文献１を参照。）。この光電変換装置は、基板101上に低融点金属層108が形成され、この低融点金属層108上に一方導電型の半導体粒子103の多数個が配設され、低融点金属層108が加熱されることでこれらの半導体粒子103が固定され、固定された半導体粒子103間を埋め、半導体粒子103と低融点金属108とを覆うように絶縁体102が形成された後、一方導電型の半導体粒子103上の絶縁体102の一部が研磨されて一方導電型の半導体粒子103を露出させ、その露出させた表面に他方導電型の半導体部104と透明導電層106とが順次形成されたものである。

また、同様にシリコン結晶粒子を用いた光電変換装置として、図６に示すような光電変換装置も提案されている（特許文献２を参照。）。この光電変換装置は、グラファイト基板（不図示）上に未硬化の絶縁体102が形成され、その上に一方導電型の半導体粒子103がその一部が埋まるように配設され、絶縁体102を硬化させてから、絶縁体102とこの絶縁体102から露出している一方導電型の半導体粒子103とを覆うようにアルミペーストからなる接続層110が形成され、さらに下部電極となる基板101が設けられた後に、グラファイト基板（不図示）が剥離され、この剥離面の絶縁体102が一方導電型の半導体粒子103を露出するように研磨されて、その露出した表面に他方導電型の半導体部104と透明導電層106とが順次形成されたものである。
特許第2641800号公報特開平３−228379号公報

しかしながら、図５および図６に示す光電変換装置では、絶縁体102とともに研磨されて露出した一方導電型の半導体粒子103の表面に他方導電型の半導体部104が形成されてｐｎ接合が形成されるために、ｐｎ接合界面に研磨による結晶欠陥等のダメージが残り、ｐｎ接合の品質が低下することから、ｐｎ接合部の価電子帯と伝導電子帯との間に結晶欠陥等に起因する新たなエネルギ準位が形成されてしまい、その結果、変換効率が低下するという問題があった。また、研磨による良好な露出面を全ての半導体粒子103に形成するには精密な研磨工程が必要となるため、製造が困難であり生産性が悪いという問題もあった。

本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い変換効率を有するとともに、生産性のよい光電変換装置を提供することにある。

本発明の光電変換装置は、下部電極となる基板上に、表面に一部領域を除いて他方導電型の半導体部が形成された多数個の一方導電型の結晶質半導体粒子の前記一部領域がそれぞれ接合されているとともに、前記半導体部上に第１上部電極が形成され、隣り合う前記結晶質半導体粒子間に前記基板上および前記第１上部電極の下部を覆い、かつ前記第１上部電極の上部を露出させて絶縁体が形成され、この絶縁体および前記第１上部電極の前記上部を覆って第２上部電極が形成されていることを特徴とするものである。

ここで、前記基板と前記結晶質半導体粒子とは、前記結晶質半導体粒子の前記一部領域の全面にわたり接合されていても、一部で接合されていてもよい。

また、本発明の光電変換装置は、上記構成において、前記第１上部電極の前記下部の厚みが前記一部領域側で薄くなっていることを特徴とするものである。

本発明の光電変換装置によれば、下部電極となる基板上に、表面に一部領域を除いて他方導電型の半導体部が形成された多数個の一方導電型の結晶質半導体粒子の一部領域がそれぞれ接合されているとともに、半導体部上に第１上部電極が形成され、隣り合う結晶質半導体粒子間に基板上および第１上部電極の下部を覆い、かつ第１上部電極の上部を露出させて絶縁体が形成され、この絶縁体および第１上部電極の上部を覆って第２上部電極が形成されて構成されていることから、絶縁体を形成する前にｐｎ接合を形成し、その表面を第１上部電極で覆うため、研磨工程が不要となる。これにより絶縁体を除去することによる欠陥や、絶縁体が結晶質半導体粒子や他方導電型の半導体部の表面に付着することによる汚染が原因で、ｐｎ接合の品質を低下させることがないため高い変換効率を持ち、かつ生産性が良い光電変換装置となる。

特に、他方導電型の半導体部と第１上部電極とが、結晶質半導体粒子の下半分側の表面において基板との接合部近傍まで形成されているときには、絶縁体を透過した光が基板で反射して、ｐｎ接合部に照射されるため、効率よく光電変換を行なうことができ、かつ発生した光電流の抵抗ロスを少なくすることができるため、高い変換効率を持つ光電変換装置となる。

さらに、本発明の光電変換装置によれば、第１上部電極の下部の厚みが一部領域側で薄くなっているときには、下部電極となる基板と第１上部電極との間の抵抗が大きくなることより、第１上部電極から下部電極となる基板へのリーク電流の発生を抑えることができるため、高い変換効率を持つ光電変換装置となる。

以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は基板、２は絶縁体、３は結晶質半導体粒子、４は半導体部、５は上部電極であり、５ａは第１上部電極、５ｂは第２上部電極である。

図１に示すように、本発明の光電変換装置は、下部電極となる基板１上に、表面に一部領域を除いて他方導電型（例えばｎ型）の半導体部４が形成された多数個の一方導電型（例えばｐ型）の結晶質半導体粒子３の一部領域が接合されており、他方導電型の半導体部４の上に第１上部電極５ａが形成され、他方導電型の半導体部と第１上部電極５ａとが順次形成された一方導電型の結晶質半導体粒子３の隣り合う間に、基板１と第１上部電極５ａの下部を覆い、かつ第１上部電極５ａの上部を露出させるように絶縁体２が形成され、絶縁体２と第１上部電極５ａの上部を覆って第２上部電極５ｂが形成されている。ここで、結晶質半導体粒子３の一部領域は、基板１と確実に接合するために要する必要最小限の領域とし、かつ基板１と結晶質半導体粒子３とが結晶質半導体粒子３の一部領域の全面にわたり接合されている。このため、図１に示す光電変換装置においては、半導体部４と第１上部電極５ａとが、結晶質半導体粒子３の下半分側においても基板１との接合部まで形成されている。

以下、一方導電型の結晶質半導体粒子３の一部領域を除いた部位に、他方導電型の半導体部４と第１上部電極５ａとを順次形成したものを、光電変換を行なう半導体粒子という。

基板１としては、金属，ガラス，セラミックまたは樹脂等が用いられる。好ましくは、銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），銅（Ｃｕ）等の高反射金属を用いる。なぜなら、反射率が大きい基板１を用いることにより、基板１からの反射光を、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部へ多く導くことができ、これにより変換効率が向上するからである。また、基板１として絶縁体を用いる場合には、基板１の表面に下部電極となる導電層を形成する必要がある。この導電層の存在により基板１からの反射光を、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部へより多く導くために、銀，アルミニウム，銅等の高い光反射率であり、かつ良好な導電率を有する材料により形成することが好ましい。

絶縁体２は、正極と負極の分離を行なうための絶縁体材料からなり、例えばＳｉＯ_２，Ｂ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｐ_２Ｏ_５，Ｌｉ_２Ｏ，ＳｎＯ_２，ＺｎＯ，ＢａＯ，ＴｉＯ_２等から選択された任意の成分を主成分とする低温焼成用ガラス材料，上記材料の１種以上の任意の組み合わせからなるフィラーを複合したガラス組成物，エポキシ樹脂等の耐熱樹脂材料，無機有機複合材料等を用いればよい。

また、絶縁体２の波長400ｎｍ以上1200ｎｍ以下での光透過率は70％以上であることが好ましい。なぜなら、光透過率が70％未満の場合には、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部へ導かれる光の量が減少して変換効率が低下してしまうからである。

絶縁体２は、半導体部４および第１上部電極５ａを形成した後に、光電変換を行なう半導体粒子間を埋めるように基板１上に形成する。半導体部４および第１上部電極５ａは結晶質半導体粒子３上にそれぞれ独立して形成されるだけであり、第２上部電極５ｂで相互に接続される。絶縁体２を形成する前にｐｎ接合を形成し、その表面を第１上部電極５ａで覆うため、絶縁体２を除去する研磨工程により生じる欠陥や、絶縁体２が結晶質半導体粒子３や半導体部４の表面に付着することによる汚染が原因でｐｎ接合の品質を低下させることがないため、高い変換効率が実現できる。さらに、絶縁体２を除去する研磨工程が不要となり生産性が良好となる。

結晶質半導体粒子３は、シリコン，ゲルマニウム等からなるが、結晶質半導体粒子３に添加してｐ型を呈するホウ素（Ｂ），アルミニウム，アンチモン（Ｓｂ）や、ｎ型を呈するリン（Ｐ），砒素（Ａｓ）等を含んでもよい。例えば、結晶質半導体粒子３がｐ型である場合には、半導体材料に添加してｐ型を呈するホウ素，アルミニウムを１×10^１４〜10^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度添加したものである。結晶質半導体粒子３は、気相成長法，アトマイズ法，直流プラズマ法，融液落下法等で形成可能であるが、生産性が高いことと、コストが低いことから非接触環境下に融液を落下させる融液落下法が好ましい。また、結晶質半導体粒子３は単結晶，多結晶のいずれでもよいが、光電変換効率を高めるために単結晶であることが好ましい。

半導体部４は、結晶質半導体粒子３と逆の導電型となるように、シリコン，ゲルマニウム等に微量成分を添加したものからなる。例えば結晶質半導体粒子３がｐ型である場合には、半導体部４はシリコンに添加してｎ型を呈するリン，砒素が含まれている。この半導体部４はプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法，触媒ＣＶＤ法，スパッタリング法等で結晶質半導体粒子３上に薄膜を作製する方法を用いて形成してもよいし、イオン注入法等で結晶質半導体粒子３の外郭に形成してもよい。また、半導体部４の厚さは５ｎｍ以上100ｎｍ以下であることが好ましい。なぜなら、半導体部４の厚さが５ｎｍ未満であれば、半導体部４が島状に形成され、半導体部４の被覆不良箇所が発生するからであり、半導体部４の厚さが100ｎｍを超えると、半導体部４を通って下部電極となる基板１に流れるリーク電流が大きくなり、且つ半導体部４の光吸収が大きくなり、変換効率が低下するからである。半導体部４は単結晶質，多結晶質，非晶質，微結晶質，ナノ結晶質のうち、いずれの結晶質であってもよい。ここで、微結晶質とは例えば結晶粒径が0.1μｍ以上50μｍ未満の結晶粒からなるものいい、ナノ結晶質とは例えば結晶粒径が１ｎｍ以上50ｎｍ未満の結晶粒からなるものをいう。半導体部４は単結晶質または多結晶質であれば、半導体部４での光吸収を小さくすることができ、変換効率が向上するので好ましい。

また、本発明は単一接合型の光電変換装置に限定するものではなく、複数の接合を有する光電変換装置においても適用が可能であり、同様の効果が期待できる。複数の接合を有する光電変換装置としては、例えば、ｐ型の結晶半導体粒子３上にｎ型微結晶質半導体層を形成し、その上に中間層を介してｐ型非晶質半導体層，Ｉ型非晶質半導体層およびｎ型非晶質半導体層を順次形成したタンデム型光電変換装置等であってもよい。

上部電極５は、光を吸収しないように波長400ｎｍ以上1200ｎｍ以下での光透過率が高い材料である酸化錫，酸化インジウム等を用いることが好ましい。ここで光透過率が高い材料とは、例えば、光透過率が70％以上の材料をいう。また、第１上部電極５ａと第２上部電極５ｂとの材料は同一材料、または異種材料とする。上部電極５は、上記材料をスパッタリング法，プラズマＣＶＤ法，触媒ＣＶＤ法等で形成すればよい。このとき、上記材料の厚さおよび屈折率を調整することにより反射防止効果を持たせることも可能である。

第１上部電極５ａは、絶縁体２を形成する前に形成されるため、ｐｎ接合を絶縁体２の形成による汚染から保護することができる。また、図１に示す光電変換装置によれば、結晶質半導体粒子３の下半分側の表面においても半導体部４と第１上部電極５ａとが形成されている。このため、絶縁体２を透過した光が基板１で反射して、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部に照射されることで、光電変換装置全体に入射される光を効率よく光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部に無駄なく照射することができる。このため、効率よく光電変換を行なうことができ、かつ発生した光電流の抵抗ロスを少なくすることができる。ここで、第１上部電極５ａの、結晶質半導体粒子３における天頂部の厚さは３ｎｍ以上80ｎｍ以下であることが好ましい。なぜなら、第１上部電極５ａの結晶質半導体粒子３における天頂部の厚さが３ｎｍ未満である場合には、第２上部電極５ｂとの接触抵抗が増大するとともに、絶縁体２を形成するときに半導体部４の損傷を防止する効果が小さくなるため好ましくないからである。一方、第１上部電極５ａの結晶質半導体粒子３における天頂部の厚さが80ｎｍを超える場合には、第１上部電極５ａを通って下部電極となる基板１に流れるリーク電流が大きくなり変換効率が低下するため好ましくない。なお、天頂部とは、結晶質半導体粒子３の最も高い位置を示す。

第２上部電極５ｂの厚さは50ｎｍ以上300ｎｍ以下であることが好ましい。なぜなら、第２上部電極５ｂの厚さが50ｎｍ未満である場合には、抵抗が増大し変換効率が低下するため好ましくないからである。一方、第２上部電極５ｂの厚さが300ｎｍを超える場合には、第２上部電極５ｂにより光を吸収してしまい、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部へ導かれる光の量が減少し、変換効率が低下するため好ましくない。

なお、第２上部電極５ｂの上に銀又は銅ペーストを用いた適切なパターンで補助電極を形成してもよい。また、第１上部電極５ａの厚さは均一でなくてもよい。特に、第１上部電極５ａの下部の厚みを、基板１と接合されている一部領域の側で薄くすると、基板１と上部電極５ａとの間の抵抗が大きくなるので、第１上部電極５ａを通り下部電極となる基板１に流れるリーク電流を少なくすることができるため好ましい。第１上部電極５ａはリーク電流を少なくするために、第１上部電極５ａを基板１から分離してもよい。ここで、第１上部電極５ａの下部とは、絶縁体２と接する部分をいうものとする。

第１上部電極５ａの下部の厚みを、基板１と接合されている一部領域の側で薄くするために、図２，図３に示すように、結晶質半導体粒子３の一部領域の側の表面で粒内側へ段差６を設けることが好ましい。結晶質半導体粒子３の一部領域の側の表面で粒内側への段差６が形成されていることにより、スパッタリング法，プラズマＣＶＤ法，触媒ＣＶＤ法等により上部電極５ａを作製するときに、キャリヤガスが結晶質半導体粒子３の一部領域の側に回り込みにくくなるため、上部電極５ａの厚さを段差６の部分で薄くすることができる。

結晶質半導体粒子３の一部領域の側の表面で粒内側への段差６を形成する方法として、基板１と結晶質半導体粒子３とを接合後に、フォトレジストを用いて結晶質半導体粒子３の一部領域の側を選択エッチングする方法，基板１を選択エッチングする方法等がある。例えば、基板１にアルミニウムを用いる場合、基板１と結晶質半導体粒子３とを接合後、苛性ソーダ水溶液，水酸化カリウム水溶液，フッ酸，塩酸，硫酸，燐酸等でアルミニウムを選択的にエッチングすることにより、結晶質半導体粒子３の一部領域の側の表面で粒内側への段差６を形成することが可能である。

また、図４に示すように、第１上部電極５ａの下部の厚みを、基板１と接合されている一部領域の側で薄くするために、結晶質半導体粒子３表面は粗面であることが好ましい。結晶質半導体粒子３表面を粗面化することにより、スパッタリング法，プラズマＣＶＤ法，触媒ＣＶＤ法等により上部電極５ａを作製するときに、キャリヤガスが結晶質半導体粒子３の一部領域の側に回り込みにくくなるため、上部電極５ａの厚さを下部で薄くすることができる。

粗面の算術平均粗さ（Ｒａ）は0.01μｍ以上５μｍ以下が好ましい。なぜなら、算術平均粗さが0.01μｍ未満の場合にはスパッタリング法，プラズマＣＶＤ法，触媒ＣＶＤ法等により上部電極５ａを作製するときに、キャリヤガスを結晶質半導体粒子３の一部領域の側に回り込みにくくさせる効果がなく、算術平均粗さが５μｍを超える場合にはｐｎ接合を均一に形成できなくなるため好ましくないからである。この粗面化には、表面に円錐体状，三角錐体状，四角錐体状，山形状等の凹凸形状を作製すればよく、その方法として、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を用いたドライエッチング法，水酸化ナトリウム水溶液等を用いた選択ウエットエッチング法，サンドブラスト法等がある。

なお、粗面の形成は、基板１と結晶質半導体粒子３とを接合する前に行なってもよいし、接合後に行なってもよい。

次に、本発明の光電変換装置の製造方法について図１に示す光電変換装置を例にとり、説明する。

まず、基板１上に結晶質半導体粒子３を多数個、密に一層に並べ、全体的に加熱し、基板１と結晶質半導体粒子３とを接合する。次に、結晶質半導体粒子３の基板１と接合していない部位の表面に半導体部４を形成する。このとき、結晶質半導体粒子３がｐ型であれば、半導体部４はｎ型となるように形成し、結晶質半導体粒子３がｎ型であれば、半導体部４はｐ型となるように形成する。なお、半導体部４は、結晶質半導体粒子３上に形成するのではなく、結晶質半導体粒子３へドーパントを注入して形成してもかまわない。また、半導体部４を結晶質半導体粒子３へドーパントを熱拡散させて形成してから、基板１と結晶質半導体粒子３とを接合してもよい。

次に、他方導電型の半導体部４の上に第１上部電極５ａを形成する。そして、隣り合う光電変換を行なう半導体粒子間を埋めるように、基板１上に絶縁体２を形成する。このとき、第１上部電極５ａの上部が露出するように絶縁体２の量を調整する。さらに、第１上部電極５ａの上部と絶縁体２とを覆うように第２上部電極５ｂを形成して、図１に示す本発明の光電変換装置を得ることができる。

以上のように、図１に示す本発明の光電変換装置によれば、下部電極となる基板１上に、表面に一部領域を除いて他方導電型の半導体部４が形成された多数個の一方導電型の結晶質半導体粒子３の一部領域がそれぞれ接合されているとともに、半導体部４上に第１上部電極５ａが形成され、隣り合う結晶質半導体粒子３間に基板１上および第１上部電極５ａの下部を覆い、かつ第１上部電極５ａの上部を露出させて絶縁体２が形成され、この絶縁体２および第１上部電極５ａの上部を覆って第２上部電極５ｂが形成されていることにより、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部を保護することができ、かつ光電流の抵抗を少なくすることができるため、高い変換効率を持つ光電変換装置とすることができる。また、研磨工程が不要となるため、生産性のよい光電変換装置とすることができる。

また、図１の構成において、結晶質半導体粒子３の下半分の表面においても半導体部４と第１上部電極５ａとが形成されていることにより、光電変換を行なうｐｎ接合部の面積を広くとることができるため、高い変換効率を持つ光電変換装置とすることができる。

また、図１の構成において、基板１に反射率の高い材料を用いることで、基板１からの反射光を光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部へ多く導くことができることより、高い変換効率を持つ光電変換装置とすることができる。

また、図１の構成において、絶縁体２を光透過率の高い材料で形成することで、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部に効率よく光を導くことできるため、高い変換効率を持つ光電変換装置とすることができる。

また、図１の構成において、結晶質半導体粒子３に単結晶のものを用いることにより、高い変換効率を持つ光電変換装置とすることができる。

また、図１の構成において、半導体部４の厚さを５ｎｍ以上100ｎｍ以下で形成することより、半導体粒子に隙間なくｐｎ接合を形成でき、かつ下部電極となる基板１へ半導体部４を通り発生するリーク電流を少なくすることができるため、高い変換効率を持つ光電変換装置とすることができる。また、半導体部４を単結晶質および多結晶質で形成することで、光吸収を少なくすることができ、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部に効率よく光を導くことできるため、高い変換効率を持つ光電変換装置とすることができる。

また、図１の構成において、上部電極５を光透過率の高い材料で形成し、かつ第１上部電極５ａにおける天頂部の厚さを80ｎｍ以下で、第２上部電極５ｂの厚さを300ｎｍ以下で形成することで、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部に効率よく光を導くことできるため、高い変換効率を持つ光電変換装置とすることができる。また、第１上部電極５ａにおける天頂部の厚さを３ｎｍ以上80ｎｍ以下とすることで、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部を隙間なく覆うことができるため、光電変換を行なう半導体粒子のｐｎ接合部を保護する効果を大きくすることができると同時に、第１上部電極から下部電極となる基板１へのリーク電流を抑えることができるため、高い変換効率を持つ光電変換装置となる。さらに、第２上部電極５ａの厚さを50ｎｍ以上とすることで抵抗が少なくなるため、高い変換効率を持つ光電変換装置とすることができる。

さらに、図１の構成において、第１上部電極５ａの下部の厚みが一部領域の側で薄くなっていることにより、第１上部電極５ａから下部電極となる基板１へのリーク電流を抑えることができるため、高い変換効率を持つ光電変換装置となる。

図２，図３に示す本発明の光電変換装置によれば、図１に示す本発明の光電変換装置の構成に加え、結晶質半導体粒子３の一部領域の側に段差６を設けることにより、簡易に第１上部電極５ａの下部の厚みを一部領域の側で薄く作製することができるため、第１上部電極５ａから下部電極となる基板１へのリーク電流を抑えることができ、高い変換効率を持つ光電変換装置となる。

図４に示す本発明の光電変換装置によれば、図１に示す本発明の光電変換装置の構成に加え、結晶質半導体粒子３の表面を粗面化することにより、簡易に第１上部電極５ａの下部の厚みを一部領域の側で薄く作製することができるため、第１上部電極５ａから下部電極となる基板１へのリーク電流を抑えることができ、高い変換効率を持つ光電変換装置となる。

なお、本発明の光電変換装置は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更・改良を加えることが可能である。

例えば、上記実施の形態の例では結晶質半導体粒子３としたが、俵状でもよい。

次に、本発明の光電変換装置の具体例を図１に示した光電変換装置により説明する。

まず、アルミニウムからなる基板１上に粒径が約800μｍであるｐ型シリコンからなる結晶質半導体粒子３を密に１層に配設し、アルミニウムとシリコンの共晶温度である577℃以上に加熱して基板１と結晶質半導体粒子３とを溶着させた。

次に、ｎ型非晶質半導体層である半導体部４を、結晶質半導体粒子３の基板１との接合部以外の表面に全面にわたり、プラズマＣＶＤ法により基板温度220℃で10ｎｍの厚みに形成した。

次に、錫添加の酸化インジウム（ＩＴＯ）ターゲットを用いたＤＣスパッタリング装置に投入して、ＩＴＯからなる第１上部電極５ａを半導体部４の上に形成した。第１上部電極５ａは、表１に示す0.5ｎｍ以上80ｎｍ以下の厚みに形成した。

次に、エポキシ樹脂からなる絶縁体２を、第１上部電極５ａの上部が露出するように光電変換を行なう半導体粒子間に充填した後に硬化させて、再度、ＩＴＯターゲットを用いたＤＣスパッタリング装置に投入して、第１上部電極５ａの上部と絶縁体２との上にＩＴＯからなる第２上部電極５ｂを70ｎｍの厚みに形成した。

第１上部電極５ａの厚さを変化させ変換効率を評価した結果を表１に示す。また、第１上部電極５ａの天頂部の厚さと比較して下部の厚さを薄くした場合、同じ厚さにした場合について変換効率を評価した結果についても表１に示す。ここで、第１上部電極５ａの天頂部の厚さと比較して下部の厚さを薄くした試料は、第１上部電極５ａの厚みが、天頂部において最も厚く、下部に近づくに従い徐々に薄くなるように作製した。

各部位における上部電極５ａの厚さは、集束イオンビーム法（ＦＩＢ）により断面を作製し、その断面を電界放出型走査透過電子顕微鏡で加速電圧100ｋＶにて観察し、各部位２箇所ずつ測長して、その平均値を採用した。なお、天頂部の厚みは半導体粒子３の最も高い位置にて、下部の厚みは基板１との接合部付近で測定した。

表１に示す通り、第１上部電極５ａの天頂部の厚さが１ｎｍの場合には変換効率が8.8％と低く、第１上部電極５ａの天頂部の厚さが40ｎｍまでは厚くなるにつれて変換効率が上昇し、第１上部電極５ａの天頂部の厚さが40ｎｍを超えると変換効率が下がる傾向にあった。これは、第１上部電極５ａの天頂部の厚さが薄すぎる場合には、第２上部電極５ｂとの接触抵抗が大きくなり、かつ半導体部４の表面に絶縁体２が接触したためであると推察される。また、第１上部電極５ａの天頂部の厚さが厚すぎる場合には、第１上部電極５ａを通り下部電極となる基板１に流れるリーク電流が大きくなるためであると推察される。

また、第１上部電極５ａにおいて、その天頂部の厚さを40nmとし、下部の厚さを変化させた場合には、下部の厚さが薄くなるにつれて変換効率が上昇することが分かった。これは、第１上部電極５ａの下部の厚さを薄くすることにより、下部電極となる基板１にリーク電流が第１上部電極５ａを通って流れることを防ぐことができるためであると推察される。

上記結果から分かるように、結晶質半導体粒子３の下部における第１上部電極５ａの下部の厚さを薄く形成することにより高い変換効率を実現できた。また、より好ましくは、第１上部電極５ａの天頂部の厚さを３ｎｍ以上80ｎｍ以下とすることで高い変換効率を実現できた。さらに好ましくは、第１上部電極５ａにおいて、その天頂部の厚さを40ｎｍとし、下部の厚さを５ｎｍ以上10ｎｍ以下とすることで高い変換効率を実現できた。

本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。従来の光電変換装置を示す断面図である。従来の他の光電変換装置を示す断面図である。

符号の説明

１・・・・基板
２・・・・絶縁体
３・・・・一方導電型の結晶質半導体粒子
４・・・・他方導電型の半導体部
５・・・・上部電極
５ａ・・第１上部電極
５ｂ・・第２上部電極
６・・・・段差

Claims

下部電極となる基板上に、表面に一部領域を除いて他方導電型の半導体部が形成された多数個の一方導電型の結晶質半導体粒子の前記一部領域がそれぞれ接合されているとともに、前記半導体部上に第１上部電極が形成され、隣り合う前記結晶質半導体粒子間に前記基板上および前記第１上部電極の下部を覆い、かつ前記第１上部電極の上部を露出させて絶縁体が形成され、該絶縁体および前記第１上部電極の前記上部を覆って第２上部電極が形成されていることを特徴とする光電変換装置。
前記第１上部電極の前記下部の厚みが前記一部領域側で薄くなっていることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。