JPH06151916A - 多接合光電デバイスおよびその製造法 - Google Patents

多接合光電デバイスおよびその製造法

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JPH06151916A JP4231270A JP23127092A JPH06151916A JP H06151916 A JPH06151916 A JP H06151916A JP 4231270 A JP4231270 A JP 4231270A JP 23127092 A JP23127092 A JP 23127092A JP H06151916 A JPH06151916 A JP H06151916A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 デバイスの発電を制限しない特性を示すトン
ネル接合を隣接セル間に有するアモルファスシリコン多
接合光電デバイスを提供すること、及び、製造工程を実
行するに当たって付加的な設備や時間を必要とせずに形
成できるトンネル接合を隣接セル間に有するアモルファ
スシリコン多接合光電デバイスを提供すること。 【構成】 多接合光電デバイス２００は積層された第１
と第２のアモルファスシリコンからなるＰＩＮ光電池２
１０および２１２を含む。ドープされたシリコン化合物
からなるインターフェース層２４０をこれら２つの光電
池間にデポジットし、第１と第２の光電池の隣接ｎ型及
ひｐ型層よりも低いバンドギャップをもたせる。該イン
ターフェース層は同じ導電型の隣接セル層の一方とオー
ミック接触を形成し該隣接セル層の他方とトンネル接合
を形成する。開示されたデバイスは、グロー放電法で組
み立て製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、概括的には多接合光電
デバイスに関し、より具体的には多接合アモルファスシ
リコン光電デバイスにおける隣接セル間の接合の改良に
関する。
【０００２】
【従来の技術】光電デバイスは、太陽の放射を電気エネ
ルギーに変換するのに用いられている。この変換は、光
電効果として知られているものの結果として達成され
る。太陽の放射が光電池に当りその電池の活性領域に吸
収されると、電子と正孔の対が生成される。この電子と
正孔は電池に内蔵された電界によって分離される。アモ
ルファスシリコンを使用した太陽電池の既知の構成に従
って、前記内蔵電界は、水素添加アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ：Ｈ）のｐ型層、真性層及びｎ型層（ＰＩ
Ｎ）からなる構成において生成される。こうした構成を
もつ太陽電池では、所定波長の太陽放射が吸収される
と、上述の電子正孔対が電池の真性層において生成され
る。電子はｎ型導電領域に向かって流れ、正孔はｐ型導
電領域に向かって流れて、電子と正孔の分離は内蔵電界
の影響下で行われる。この電子と正孔の流れが光電池の
光電圧及び光電流を作り出すのである。
【０００３】入射光のうち幾らかはドープ処理された層
（ｐ層およびｎ層）によって吸収されるが、これらの層
で発生すキャリヤはキャリヤ寿命が極端に短くて収集さ
れる前に再結合してしまう。従って、ドープ処理された
層での吸収は光電池の光電流には寄与せず、ドープ処理
された層での吸収を最小にすることがＰＩＮ光電池の短
絡電流を増加させることになる。ｐ層における吸収損失
は、ｐ層のバンドギャップの作用である。従って、ｐ層
のバンドギャップを調整することによって、例えば、炭
素、窒素、酸素あるいは塩素などのバンドギャップ拡張
材をｐ層に含ませることによって、ｐ層における吸収損
失を最小化することが出来る。例えばｐ層をｐ型ドープ
処理した水素添加アモルファスシリコンカーバイド（ａ
−ＳｉＣ：Ｈ）としてよい。
【０００４】しかしながら、バンドギャップ拡張材をｐ
層に添加すると、その抵抗を増加させてしまう。それゆ
え添加するバンドギャップ拡張材の総量は、普通、その
デバイスにおいて許容されると考えられる抵抗の総量に
よって制限される。
【０００５】ｎ型層は、真性層と整流接合を形成するよ
う機能する。この機能を高めるために、ｎ層に高導電率
を与えてることが望ましい。しかしながら、上述のよう
にｎ層で発生したキャリヤは電池の光電流に寄与しない
ので、ｎ層に広い光学的バンドギャップを与えることも
望ましい。しかし不幸にも、上述のバンドギャップ拡張
材をｎ層に添加すれば、ｐ層の場合のようにｎ層の抵抗
を増加させてしまう。従って、典型的には、そのデバイ
スに許容されると考えられる抵抗の総量によって制限さ
れるバンドギャップ拡張材が、ｎ層に集中的に与えられ
る。
【０００６】光電デバイスの光電流出力を最大にするた
めに、異なるエネルギーと波長を持って吸収される光子
の総数を増加させることが望ましい。光子の吸収を増加
させてデバイスの効率を増加させる一つの技術は、２以
上の太陽電池を積層配置して、すなわち、一方を他方の
上に積み重ねて、多接合光電デバイスを提供することで
ある。こうした多接合光電デバイスは、タンデム接合太
陽電池としても周知であるが、ハナク（Ｈａｎａｋ）に
許可された米国特許第４，２７２，６４１号（以下’６
４１特許）に開示されており、それは参照としてここに
組込まれている。具体的に言えば、該米国特許は各セル
が上述のＰＩＮ構成を持っているタンデム接合アモルフ
ァスシリコン太陽電池の構造を教示している。
【０００７】こうした多接合光電デバイスは、電気的及
び光学的に直列に接続された２以上の光電池の積層から
なる。こうしたデバイスでは普通、短波長光は第１の最
上面光電池に吸収され、それより長い波長の光は第２及
び、もしあれば、それ以降の光電池によって吸収され
る。好適には、多接合デバイスの第１、第２及びそれ以
降の光電池は、太陽の放射を効率的に吸収するために、
連続した狭小な光学的バンドギャップをそれぞれ持って
いる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】こうした多接合ＰＩＮ光電デバイスを最大
効率で作用させるためには、電流がセルの積層中を各光
電池から次の隣接光電池へと邪魔されずに流れなければ
ならない。しかしながら、多接合ＰＩＮ光電デバイスの
特性上、すなわち、ｐ−ｉ−ｎ−ｐ−ｉ−ｎ．．．とい
うことから、隣接するＰＩＮ光電池の各接合点にｎ−ｐ
接合が生じ、それ故それらの隣接光電池と電気的に直列
になってしまう。不利益にも、これらのｎ−ｐ接合はそ
れぞれ、隣接光電池の各々によって生じた光電圧と反対
の極性をもつダイオードに相当する。これらのｎ−Ｐ接
合は、光電流の流れに逆らってデバイスに実質的な電力
損失を与える非線形素子となる。
【０００９】第１図は、多接合ＰＩＮ光電デバイスの電
流対電圧（ＩＶ）の作図を示している。特に曲線１００
（破線）は、隣接光電池間のインターフェースにおける
ｎ−ｐ接合の反対方向作用を克服するような方策が施さ
れていない光電デバイスのＩＶ特性を示している。曲線
１００で示されているように、デバイスの光電流が方向
を変える領域で変曲が生じている。こうした変曲は、ｎ
−ｐ接合によるデバイスの直列抵抗の不本意な増加を示
している。このＩＶ曲線の様相、つまりｎ−ｐ接合の特
性が、光電デバイスによって導かれうる光電流の総量を
制限するので、デバイスのフィルファクタ及び発電力を
低下させる。ここで用いられている、光電デバイスのフ
ィルファクタとは、比ＶｍｐＩｍｐ／ＩＬＶＯＣのこと
であって、ここでＶｍｐおよびＩｍｐはそれぞれデバイ
スの最大電力送出時の電圧と電流であり、ＶＯＣおよび
ＩＬはそれぞれデバイスにおいて達成可能な最大電圧と
電流である。
【００１０】ｎ−ｐ接合に起因する上述の問題に対する
一つの解決法は、多接合デバイスの構成を修正して、各
隣接光電池対に生じる接合がトンネル接合のように働く
ようにすることである。シリコンなどの結晶質半導体材
料から組み立てられた多接合光電デバイスの隣接太陽電
池間にトンネル接合を作る一つの既知の方法は、隣接電
池によって形成されるｎ−ｐ接合のｎ層およびｐ層のそ
れぞれに厚くドープ処理をすることである。しかしなが
ら、アモルファスシリコンはドープ処理で高導電被膜を
施すのが容易ではないので、トンネル接合を作るこの方
法を上述の多接合ＰＩＮデバイスには適用しがたい。適
当な高導電率を達成することのこうした困難は、特に上
述のように、多接合デバイスの各光電池の光学的透過性
を最大にするように働くのでアモルファスシリコンＰＩ
Ｎ光電デバイスのｐ型層およびｎ型層を構成する好適な
材料となる水素添加アモルファスシリコンカーバイド
（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）や水素添加アモルファス窒化シリコ
ン（ａ−ＳｉＮ：Ｈ）などの広バンドギャップ合金を使
用する場合に生じる。結果的に、広バンドギャップ合金
で形成したアモルファスシリコン多接合ＰＩＮデバイス
のｐ層及びｎ層を厚くドープ処理する試みによっては、
隣接セル間のｎ−ｐ接合において任意のトンネル接合特
性を得られない。
【００１１】アモルファスシリコン多接合ＰＩＮデバイ
スの隣接太陽電池間にトンネル接合を作り出す一つの方
法が、上述の米国特許第４，２７２，６４１号に開示さ
れている。そこでは、付加トンネル接合層が隣接ＰＩＮ
光電池間に配設されており、この層が、金属を含むサー
メットとして、あるいは薄い金属層とサーメットとして
働くのである。この層を以下『金属層』と呼ぶ。金属層
が隣接セル層と共に機能してデバイスのＩＶ曲線１００
（第１図）における上述の変曲を小さくする一方で、こ
の余分な金属層を設けたことが、製造工程を実質上妨害
してしまう。こうした金属層を用いたアモルファスシリ
コン多接合光電デバイスを製造するためには、第１光電
池は第１材料デポジット装置、例えば、’６４１特許に
述べられているような成長放電室で形成される。次に、
デバイスを成長放電室から離して、金属層をデポジット
する第２材料デポジット装置に置かなければならない。
例えば、’６４１特許では、金属層はスパッタリング工
程によってデポジットされる。その後デバイスは第１デ
ポジット装置に戻されて、そこで第２光電池が金属層上
に形成される。勿論、デバイスが２以上の光電池を有す
るなら、二つのデポジット装置間を移動する工程を継続
しなければならない。付加デポジット装置及びこうした
工程で多接合デバイスを製造するのに必要な時間の為
に、デバイスの全般的なコストの増加と生産高の減少と
を招いてしまう。
【００１２】さらに、’６４１特許に開示された金属層
は光学的に透過的であるが、その屈折率は金属層を挟む
セルの隣接ｎ型及びｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層の屈折率よりも
低い。この屈折率の違いの結果、金属層と隣接ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層の界面で光が反射してしまう。
【００１３】本発明は上述の状況に鑑みてなされたもの
であり、デバイスの発電を制限しない特性を示すトンネ
ル接合を隣接光電池間に有するアモルファスシリコン多
接合光電デバイスを提供することを目的としている。
【００１４】本発明の今一つの目的は、製造工程を実行
するに当たって付加的な設備や時間を必要とせずに形成
できるトンネル接合を隣接セル間に有するアモルファス
シリコン多接合光電デバイスを提供することである。
【００１５】本発明の付帯的な目的や利点は、ある部分
は以下の記載で述べられ、またある部分はその記載から
自明となるであろうし、あるいはまた本発明の実施によ
って知ることも出来よう。本発明の諸目的及び利点は、
請求項に特に記載した諸手段及びその組合せによって実
現達成できる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の諸目的を達成する
ために、本発明の意図に従へば、ここに具体化しかつ明
確に述べるように本発明の多接合光電デバイスは、第１
の光電池と、第２の光電池と、シリコン含有半導体化合
物からなるインターフェース層とを含み、前記第１の光
電池はそれぞれ異なる導電型をもつ水素添加アモルファ
スシリコンからなる複数の第１セル層を有し、該複数の
第１セル層は積層配置されていて第１のバンドギャップ
をもつ底面層を含み、該底面層は第１導電型のドープ剤
でドープ処理されており、前記第２の光電池はそれぞれ
異なる導電型をもつ水素添加アモルファスシリコンから
なる複数の第２セル層を有し、該複数の第２セル層は積
層配置されていて第２のバンドギャップをもつ上面層を
含み、前記上面層は前記第１導電型と反対の第２導電型
のドープ剤でドープ処理されており、前記インターフェ
ース層は前記第１及び第２のバンドギャップより小さな
第３のバンドギャップを有するとともに前記第１光電池
の底面層と前記第２光電池の上面層との間に該底面層お
よび上面層に接触するように配置されている。
【００１７】本発明はまた、基板上に多接合光電デバイ
スを形成する方法にも向けられている。その方法は、そ
れぞれ水素添加アモルファスシリコンからなるｐ型層、
真性層、及び第１バンドギャップを有するｎ型層を成長
放電法によって基板上に逐次デポジットする工程と、前
記第１バンドギャップより小さな第２バンドギャップを
有するシリコン化合物材のインターフェース層を成長放
電法によって前記ｎ型層上にデポジットする工程と、そ
れぞれ水素添加アモルファスシリコンからなるｐ型層、
真性層、及び前記第２バンドギャップより大きな第３バ
ンドギャップを有するｎ型層を成長放電法によって前記
インターフェース層上に逐次デポジットする工程とを含
む。
【００１８】
【作用】本発明によれば、アモルファスシリコン多接合
光電デバイスにおいて、デバイスの発電を制限しない特
性を示すトンネル接合を隣接セル間に形成でき、また、
製造工程を実行するに当たって付加的な設備や時間を必
要とせずにトンネル接合を隣接セル間に形成できる。
【００１９】
【実施例】第２図を参照すると、そこには、本発明の第
１実施例によって構成された多接合光電デバイス２００
が示されている。デバイス２００は、太陽放射２０６を
受けるための入射面２０４を備えた基板２０２を有して
いる。基板２０２は、好ましくは、ガラスあるいは太陽
放射に対して透明である他の適当な材料からなる。基板
２０２には前面導電接触層２０８が形成されている。前
面導電接触層２０８は、好ましくは、例えば酸化錫のよ
うな酸化金属などの光学的に透明な導体である。
【００２０】基板２０２及び前面導電接触層２０８は、
二つの光電池２１０、２１２の積層配置を支持してい
る。光電池２１０は、前面導電接触層２０８上にデポジ
ットしたｐ型水素添加アモルファスシリコンカーバイド
（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層２２０と、ｐ型層２２０上に形成
した真性水素添加アモルファスシリコン層２２２と、真
性層２２２上に形成したｎ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２２４と
からなる。光電池２１２は、実質的には光電池２１０と
同様な基本構成を持っており、ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２
３０と、真性水素添加アモルファスシリコン層２３２
と、ｎ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２３４とからなる。セル２１
０、２１２のｐ型及びｎ型層は、それぞれ、少なくとも
各セルの真性層に隣接した部分に、およそ２０％及び１
５％の炭素濃度を有している。ｎ型層２２４及びｐ型層
２３０それぞれにおける炭素濃度の傾斜は、デバイス２
００の構成方法に関して詳しく後述する。セル２１０、
２１２の前記のｐ層およびｎ層が炭素を含有すれば、ド
ープ処理された層全てにバンドギャップ拡張素を含有さ
せることなく多接点デバイスを本発明によって構成する
ことが出来る。
【００２１】セル２１０、２１２のｐ型層及びｎ型層が
バンドギャップ拡張素として炭素を含有する一方、真性
層２２２、２３２は実質的にそうしたバンドギャップ拡
張素を含有しない。しかしながら、真性層のうち、炭素
を含むｐ型層及びｎ型層と接触している微小点では、僅
かな、不均一な炭素濃度を有しうる。さらに、従来技術
の周知の実地によれば、真性層２２２、２３２は、僅か
なｐ型ドーピング、例えば、１０１７ｃｍ−３未満の炭
素濃度を含むことが可能で、真性層の単体生成能力を改
善することが知られている。各セル２１０、２１２を構
成する層の模範的な厚さ及びドーピング濃度は、上述の
米国特許第４，２７２，６４１号に開示されている。
【００２２】デバイス２００は、また、ｎ型層２３４上
に形成され、好ましくはアルミニウムなどの金属として
配設される背面導電接触層２３６を有している。
【００２３】光電池２１０のｎ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２２
４と光電池２１２のｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２３０の間に
は、相対的に低バンドギャップ高導電率の半導体材料の
インターフェース層２４０が介在している。特に、層２
４０は、隣接層２２４、２３０より低いバンドギャップ
を有し、ｐ型あるいはｎ型半導体材料として配設すれ
ば、隣接層２２４、２３０のうち同一導電型を持つ層と
オーム接触を形成し、層２２４、２３０のうち反対の導
電型を持つ層とトンネル接触を形成できる。層２４０は
低いバンドギャップを有するので、隣接層２２４、２３
０より高い導電率を有する。一般的に、層２２４、２３
０が、それぞれ、１．９ｅＶ程度のバンドギャップを持
てば、層２４０のバンドギャップは１．７ｅＶ未満程度
であるのが好ましい。
【００２４】第１実施例の第１変形例によれば、インタ
ーフェース層２４０は、炭素、窒素、塩素、あるいは、
同様なバンドギャップ拡張素を実質的に含まないｐ＋型
水素添加アモルファスシリコン層とされる。そうして好
適にされた層２４０は、１０Åから２００Åの範囲、好
ましくはおよそ２０Åの厚さを持ち、およそ１％の濃度
にボロンなどの受容体ドープ材でドープ処理されること
が望ましい。その結果ｐ＋型層とされた層２４０は、セ
ル２１２のｐ型層２３０と高導電オーム接触を、また、
セル２１０のｎ型層２２４とトンネル接触を形成する。
【００２５】第１実施例の第２変形例によれば、インタ
ーフェース層２４０は、炭素、窒素、塩素、あるいは、
他のバンドギャップ拡張素を実質的に含まないｎ＋型水
素添加シリコンの微晶質層とされる。本明細書で用いら
れている微晶質とは、結晶の等級が実質的に２５Åから
５００Åの範囲である材料を言う。微晶質の存在は、電
子回折、Ｘ線回折、あるいはラーマン散乱分光のうち一
つ以上によって確認することが出来る。ドープ処理され
た微晶質シリコンは、相対的に低いバンドギャップ、す
なわち、およそ１．１ｅＶの間接バンドギャップ材とな
るので、高導電率及び高光学的透過性という二つの利点
をもたらす。
【００２６】好ましく微晶質ｎ＋型層とされた層２４０
は、１５Åから５０Åの範囲、好ましくはおよそ５０Å
の厚さを持ち、およそ１％の濃度に燐などのドナードー
プ材でドープ処理されることが望ましい。その結果、ｎ
＋型微晶質層とされた層２４０は、セル２１０のｎ型層
２２４と高導電オーム接触を、また、セル２１２のｐ型
層２３０とトンネル接触を形成する。微晶質層とされた
層２４０は相対的に低い光学的バンドギャップを有する
が、間接的な光学的バンドギャップ材となるので、高い
光学的透過性を維持する。
【００２７】本発明の第１実施例は、均一な炭素濃度を
持つセル２１０のｎ型層２２４で十分に構成実施するこ
とが出来るが、層２２４の炭素濃度を、隣接する真性層
２２２との界面において最大値を取り、層２４０との界
面において最小値、好ましくは零濃度を取るように傾斜
させることが望ましい。この様な傾斜は、炭素濃度を段
階的に傾斜させても連続的に傾斜させても、どちらによ
って達成しても良い。上述のように、炭素は、ｎ型層２
２４に、層の厚みの全てあるいは部分的に含まれ、その
層の光学的バンドギャップを増加させる。しかし、不都
合なことには、炭素が存在すると、層２２４、２３０各
々の導電率を減少させてしまう。このため、層２２４の
バンドギャップ、ひいては導電率が層２４０との界面で
最大値を取ってその層との導電接触をよりよく形成でき
るように、層２２４の炭素濃度を傾斜させることが望ま
しい。第１実施例の第１の変形によると、傾斜させたｎ
型層２２４とｐ＋型層としての層２４０との間の導電接
触を強化させるので、両者間に形成されるトンネル接触
の性能を改善できる。
【００２８】また、セル２１２のｐ型層２３０にも、真
性層２３２との界面において最大値を取り、層２４０と
の界面において最小値、例えば零濃度を取るように段階
的にあるいは連続的に傾斜させた炭素濃度を与えても良
い。この様な層２３０の傾斜は、層２４０との導電接触
を改善する。しかしながら、本発明者等は、セルの開路
電圧はｎ層の傾斜には特に影響されはしないのに、ｐ層
を傾斜させるとセルの開路電圧が低下してしまうことを
観測している。
【００２９】第１実施例の第３変形例によれば、ｎ型層
２２４は傾斜した炭素濃度を持つ。さらに、層２４０
は、層２２４に隣接したｎ＋型ａ−Ｓｉ：Ｈの第１副層
と、微晶質ｎ＋型層の第２副層とからなる。第２副層
は、第１副層とセル２１２の層２３０の間に配置される
が、それ以外は第１実施例の第２の変形に関して述べた
とおりである。この第３の実施例によれば、ａ−Ｓｉ：
Ｈｎ型副層は、実質的にバンドギャップ拡張素を含ま
ず、１０Åから１００Åの範囲、好適には１５Åの厚さ
を持ち、かつ、およそ１％ｃｍ−３の濃度にまで燐でド
ープ処理することが望ましい。
【００３０】第１実施例によれば、インターフェース層
２４０と層２２４、２３０のうちの一つとの間に形成さ
れたトンネル接合が実質的に抵抗特性を伴って機能する
ので、デバイス２００のＩＶ特性は第１図の曲線１５０
に示されたようになる。図から分かるように、曲線１５
０は曲線１００に見えた変曲を含んでいない。結果とし
て、本発明の第１実施例によってトンネル接合を有する
ように構成されたデバイス２００は、改良されたフィル
ファクタと発電力を享受できる。
【００３１】また第１実施例によれば、上記で参照され
た’６４１特許において述べた従来技術の金属層とは違
って、インターフェース層２４０は、隣接層２４０、２
３０と実質的に同一の屈折率を持ったシリコン化合物で
形成される。その結果、デバイス２００は、層２４０と
の界面において不本意な反射を持つことがない。
【００３２】次に第１実施例の第１及び第２の変形例を
それぞれ構成する方法について述べる。この点に関して
は、層２２４、２３０及び２４０の形成法についてのみ
詳述する。デバイス２００の残りの部分を構成する適当
な方法は、前述の米国特許第４，２７２、６４１号に開
示されている。
【００３３】まず、第１実施例の第１変形例によってデ
バイス２００を構成する方法を説明する。デバイス２０
０の半導体層は全て成長放電工程によって形成される。
この方法は、ｎ型層２２４およびｐ型層２３０に傾斜し
た炭素濃度を持たせる方法を含んでいる。
【００３４】まず、デポジット工程中炭素を次第に遠ざ
けながら狭小な光学的バンドギャップを持つａ−ＳｉＣ
合金を徐々にデポジットして層２２４を形成する。特
に、シラン、シラン中の４．５％ホスフィン、およびメ
タンを使用して、真性層２２２に隣接するｎ型層２２４
の広バンドギャップ部分のデポジションを、１２５ｓｃ
ｃｍＰＨ３−ＳｉＨ４＋２５ｓｃｃｍＳｉＨ４＋２５ｓ
ｃｃｍメタンの混合ガスを用いて開始する。およそ４Å
／秒のデポジット速度を得る０．４ｗａｔｔｓ／ｉｎ２
の電力を使用して、直流あるいは高周波成長放電によっ
て層２２４をデポジットする。炭素を次第に遠ざけなが
ら２以上の層、あるいは、炭素がなくなるまで傾斜した
単層を、逐次的にデポジットして、名目上１００Åの層
２２４の厚み全てが製作されたことになる。例えば、炭
素を段階的に傾斜させる場合は、３層以上で行われる。
最後の混合ガスは、１２５ｓｃｃｍＰＨ３−ＳｉＨ４＋
７５ｓｃｃｍＳｉＨ４である。次に、成長放電によっ
て、１００ｓｃｃｍ０．５％ジボラン−ＳｉＨ４＋１０
０ｓｃｃｍＳｉＨ４の混合ガスで２０Åの厚さまで成長
放電によってｐ＋型層とされる層２４０をデポジットす
る。最後に、ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２３０をおよそ１０
０Åの厚さに成長放電でデポジットする。層２４０を傾
斜光学的バンドギャップでデポジットさせるとすると、
初めは３０ｓｃｃｍ０．５％ジボラン−ＳｉＨ４＋９０
ｓｃｃｍＳｉＨ４の混合ガスでデポジットする。２以上
の層、あるいは、炭素を連続的に傾斜させた単層を逐次
デポジットして、その層をデポジットしている混合ガス
が最終的に８０ｓｃｃｍのメタンを含むようにする。層
２４０のバンドギャップを傾斜させないときには、混合
ガスには持続的に８０ｓｃｃｍのメタンを含ませる。適
当な瀉水をデポジットの合間に行って相互汚染を避け
る。しかし、完全な組立て工程は、単一成長放電デポジ
ット法で成される。
【００３５】次に、第１実施例の第２変形例によってデ
バイス２００を構成する方法を説明する。今度もデバイ
ス２００の層全てを成長放電デポジット工程によって形
成する。次に述べる方法では、層２２４、２３０の両方
に、均一な炭素濃度を与える。まず約０．５ｔｏｒｒで
およそ０．４ｗａｔｔｓ／ｉｎ２を使用して１２５ｓｃ
ｃｍ４．５％ＰＨ３−ＳｉＨ４＋２５ｓｃｃｍＣＨ４＋
７５ｓｃｃｍＳｉＨ４の混合ガスを用いて、約１００Å
の厚さまで直流あるいは高周波放電によってｎ型ａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈ層２２４をデポジットする。
【００３６】次に微晶質ｎ型層としての層２４０をデポ
ジットする。ドープ処理した微晶質層を形成すると、高
光学的透過性を維持するのに必要な極めて薄い（１０な
いし１００Ａ）層を得るのがこれまでは困難であった。
この制限は、高強度水素成長放電工程を使用してアモル
ファス層を結晶化して、結晶相をさらに成長させる『種
子』核として働かせることによって克服されている。特
に１２５ｓｃｃｍ ４．５％ＰＨ３−ＳｉＨ４＋１０ｓ
ｓｃｃｍＳｉＨ４のガス流速で、水素添加ｐ型シリコン
の２０Å厚で炭素無含有のｎ型層をデポジットする。
０．５ｔｏｒｒかつ０．４ｗａｔｔｓ／ｉｎ２で４秒の
成長放電デポジットによって前記の層を形成する。次
に、約２ｗａｔｔｓ／ｉｎ２の高周波あるいは直流電力
水準で５秒間１．５ｔｏｒｒ（３２０ｓｃｃｍ流速）で
作り出された水素プラズマを使用して、アモルファスデ
ポジット層を再結晶化させる。微晶質ｎ層は、純粋水素
の３２０ｓｃｃｍ流において希釈したＳｉＨ４中の４．
５％ＰＨ３の流速５ｓｃｃｍで２ｗａｔｔｓ／ｉｎ２の
成長放電を使用して１．５ｔｏｒｒでデポジットする。
このデポジットは、５０秒間行い、およそ５０Åの厚さ
を得る。最後に、セル２１２のｐ型ａ−ＳｉＣ層２３０
を、約０．４ｗａｔｔｓ／ｉｎ２の高周波あるいは直流
電力水準で２５ｓｃｃｍＳｉＨ４中０．５％Ｂ２Ｈ６＋
８０ｓｃｃｍメタン＋１００ｓｃｃｍＳｉＨ４の混合ガ
スから１７秒間０．５ｔｏｒｒでデポジットする。
【００３７】第１実施例の第３変形例に関しては、層２
２４の炭素濃度は上述の方法で傾斜させる。次にｎ＋型
ａ−Ｓｉ：Ｈ副膜を、１２５ｓｃｃｍＰＨ３−ＳｉＨ４
＋７５ｓｃｃｍＳｉＨ４の混合ガスからおよそ１００Å
の厚さまで成長放電によって着膜させる。次に、ｎ＋型
微晶質層とｐ＋型層２３０を、第１実施例の第２変形例
に述べたようにデポジットする。
【００３８】第３図は、本発明の第２実施例によって構
成された多接合光電デバイス３００を示している。デバ
イス３００は、デバイス２００で上述したのと同様に、
基板２０２、前面導電接触層２０８、及び光電池２１
０、２１２を有している。デバイス３００は、また、セ
ル２１０のｎ型層２２４とセル２１２のｐ型層に挟まれ
た層３０４、３０６からなるインターフェース層３０２
も有しており、層３０４は層２２４と接触し、層３０６
は層２３０と接触している。第２実施例の種々の変形例
によれば、層３０４、３０６はそれぞれ、相対的に低い
バンドギャップを有するｎ型及びｐ＋型水素添加アモル
ファスシリコン層として設置される。特に層３０４、３
０６は、層２２４、２３０より低いバンドギャップ、そ
れゆえ高い導電率を有するものである。その結果、種々
の変形例によれば、ｎ型層３０４はｎ型層２２４と高導
電オーム接触を形成し、また、層３０４、３０６間には
トンネル接触が形成される。層３０４、３０６各々のバ
ンドギャップは、第１実施例の層２４０の為に記載した
通りである。
【００３９】第２実施例の第１変形例によれば、層３０
４は、炭素、窒素、塩素、あるいは、他のバンドギャッ
プ拡張素を実質的に含まないｎ＋型水素添加シリコンの
微晶質層とされる。層３０４は、１０Åから１００Åの
範囲、好ましくはおよそ２０Åの厚さを持ち、また、お
よそ１％のドープ材濃度を有する。層３０６は、上記の
バンドギャップ拡張素を実質的に含まないｐ＋型水素添
加アモルファスシリコンの層とされる。層３０６は、５
Åから１００Åの範囲、好ましくはおよそ１５Åの厚さ
を持ち、また、およそ１％のドープ材濃度を有する。
【００４０】第２実施例の第２変形例によれば、層３０
４は、上記のバンドギャップ拡張素を実質的に含まない
ｎ＋型水素添加アモルファスシリコンの層とされる。層
３０４は、１０Åから１００Åの範囲、好ましくはおよ
そ１５Åの厚さを持ち、また、およそ１％のドープ材濃
度を有する。この変形例の層３０６は、第１変形例で述
べたものと同様である。
【００４１】第２実施例の第３変形例によれば、層３０
４は、第１変形例で上記のバンドギャップ拡張素を実質
的に含まないｎ＋型水素添加シリコンの微晶質層とされ
る。この第３変形例によれば、層３０６も、上記のバン
ドギャップ拡張素を実質的に含まない、ｐ＋型水素添加
シリコンの微晶質層とされる。この変形例では、層３０
６は１０Åから１００Åの範囲、好ましくはおよそ１５
Åの厚さを持ち、また、およそ１％のドープ材濃度を有
する。
【００４２】第２実施例の第４変形例によれば、層３０
６は、第３変形例に記載のもの、また、層３０４は、第
２変形例に記載のものとされる。
【００４３】第１実施例の場合と同様に、第２実施例
は、均一な炭素濃度を持つｎ型層２２４とｐ型層２３０
で十分に構成実施することが出来るが、層２２４の炭素
濃度を、第１実施例に関して述べたように傾斜させるこ
とが望ましい。ｐ層２３０の炭素濃度も前述のように傾
斜させることが出来る。
【００４４】本発明の第２実施例によれば、層３０４、
３０６間に形成されたトンネル接合が実質的に抵抗特性
を伴って機能するので、デバイス２００と同様に、デバ
イス３００のＩＶ特性も第１図の曲線１５０に示された
ようになる。結果として、本発明の第２実施例によって
構成されたデバイス３００は、改良されたフィルファク
タと発電力を享受できる。また第１実施例の場合と同様
に、層３０４、３０６は、層２２４、２３０と実質的に
同一の屈折率を持ったシリコン化合物で形成される。そ
の結果、デバイス３００は、層３０２との界面において
不本意な反射を持つことがない。
【００４５】次にデバイス３００を構成する方法につい
て述べる。第１実施例の場合と同様に、デバイス３００
の層は全て成長放電デポジット工程によって形成され
る。第２実施例の第３変形例及び第４変形例に含まれる
微晶質ｐ＋型層を除いて、ｐ＋型ａ−Ｓｉ：Ｈ、ｎ＋型
微晶質シリコン、あるいはｎ＋型ａ−Ｓｉ：Ｈとして第
１実施例の層２４０を構成する上述の方法を、層３０
４、３０６にも完全に適用できる。第３変形例及び第４
変形例のｐ＋型微晶質層３０６は、ｎ＋型微晶質層を形
成するために上述したものと同様に形成することが出来
る。例えば、層３０６は、水素３２０ｓｃｃｍで希釈し
たシラン中に０．５％ジボランを含む混合ガスを用い、
２ｗａｔｔｓ／ｉｎ２の電力で成長放電によってデポジ
ットできる。
【００４６】本発明の実施例によって構成したデバイス
２００、３００は、それぞれのｎ型及びｐ型層にバンド
ギャップ拡張素として炭素を含有させて説明したが、本
発明はこれに限定されない。本発明は、炭素以外のバン
ドギャップ拡張素、例えば、塩素、窒素、酸素などを用
いて同等の有効性を有して実現することが出来る。
【００４７】デバイス２００、３００は２つの光電池し
か有しなかったが、本発明は、２以上のセルを有する多
接合光電デバイスで実現することも出来る。この様なデ
バイスでは、本発明によって構成したインターフェース
層を、多接合デバイスの隣接光電池の各対間に挿入すれ
ば良い。
【００４８】次の例は、隣接セルとトンネル接合を形成
するインターフェース層を有するように多接合光電デバ
イスを構成することによる利点を示している。この例で
は、デバイス＃１，＃２で示した２つの多接合デバイス
が構成されている。両デバイス＃１、＃２は、図解した
実施例で上述したような特性を持つ２つのＰＩＮ型光電
池を有している。デバイス＃１はインターフェース層を
有しないが、デバイス＃２は、本発明の第１実施例の第
１変形例で上述したようなインターフェース層を有して
いる。こうして、インターフェース層を、炭素、窒素、
塩素、あるいは他のバンドギャップ拡張素を実質的に含
まない、ボロンでドープ処理された水素添加アモルファ
スシリコンで形成する。特に、デバイス＃２では、イン
ターフェース層は、およそ２０Åの厚さを持ち、およそ
０．３％のボロン濃度を有している。こうして、装置＃
１、＃２は、デバイス＃２にインターフェース層が存在
することを除けば、同一である。
【００４９】表１は、同一照射条件のもとで測定したデ
バイス＃１、＃２の性能特性を列挙したものである。
【００５０】
【表１】
【００５１】表１では、ｖｏｃ及びＪｓｃはそれぞれ、
デバイスの開路電圧及び短絡電流密度である。表１に伺
えるように、デバイス＃２にインターフェース層を有す
ることによって、フィルファクタが８．６％増加し、そ
れに応じたデバイス効率の増加につながっている。ま
た、表１から分かるように、デバイス＃２にインターフ
ェース層を有することによって、多接合デバイスの直列
抵抗を実質的に減少させている。
【００５２】本発明の上述した好適な実施例及び比較例
は、図解説明の目的で成されてきたものであって、余す
ところのないものでも、また、本発明を開示した厳密な
形式に限定しようとするものでもなく、上記の教示に鑑
みて様々な修正変形が可能であって、また、本発明を実
施して行く過程で得られてもよい。技術に熟練したもの
が、様々な実施例において、及び、特別な使用意図に叶
った様々な変形とともに本発明を利用できるように、本
発明の原理及びその実際的応用を説明するために実施例
が選択解説されたのであって、本発明の範囲は、添付さ
れた請求項及その等価物によって限定されるものであ
る。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、上述したように、デバ
イスの発電を制限しない特性を示すトンネル接合を隣接
セル間に有するアモルファスシリコン多接合光電デバイ
スを提供することができ、また、製造工程を実行するに
当たって付加的な設備や時間を必要とせずに形成できる
トンネル接合を隣接セル間に有するアモルファスシリコ
ン多接合光電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光電デバイスの電流電圧特性と本発明の
好適な実施例の電流電圧特性とを示すグラフ。
【図２】本発明の第１実施例によって構成したアモルフ
ァスシリコン多接合光電デバイスの断面図。
【図３】本発明の第２実施例によって構成したアモルフ
ァスシリコン多接合光電デバイスの断面図。
【符号の説明】
２００、３００ 多接合光電デバイス ２０２ 基板 ２０６ 太陽放射 ２０８ 前面導電接触層 ２１０、２１２ 光電池 ２２０、２３０ ｐ型層 ２２２、２３２ 真性層 ２２４、２３４ ｎ型層 ２３６ 背面接触層 ２４０、３０２ インターフェース層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年９月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 多接合光電デバイスおよびその製造法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、概括的には多接合光電
デバイスに関し、より具体的には多接合アモルファスシ
リコン光電デバイスにおける隣接セル間の接合の改良に
関する。
【０００２】
【従来の技術】光電デバイスは、太陽の放射を電気エネ
ルギーに変換するのに用いられている。この変換は、光
電効果として知られているものの結果として達成され
る。太陽の放射が光電池に当りその電池の活性領域に吸
収されると、電子と正孔の対が生成される。この電子と
正孔は電池に内蔵された電界によって分離される。アモ
ルファスシリコンを使用した太陽電池の既知の構成に従
って、前記内蔵電界は、水素添加アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ：Ｈ）のｐ型層、真性層及びｎ型層（ＰＩ
Ｎ）からなる構成において生成される。こうした構成を
もつ太陽電池では、所定波長の太陽放射が吸収される
と、上述の電子正孔対が電池の真性層において生成され
る。電子はｎ型導電領域に向かって流れ、正孔はｐ型導
電領域に向かって流れて、電子と正孔の分離は内蔵電界
の影響下で行われる。この電子と正孔の流れが光電池の
光電圧及び光電流を作り出すのである。
【０００３】入射光のうち幾らかはドープ処理された層
（ｐ層およびｎ層）によって吸収されるが、これらの層
で発生すキャリヤはキャリヤ寿命が極端に短くて収集さ
れる前に再結合してしまう。従って、ドープ処理された
層での吸収は光電池の光電流には寄与せず、ドープ処理
された層での吸収を最小にすることがＰＩＮ光電池の短
絡電流を増加させることになる。ｐ層における吸収損失
は、ｐ層のバンドギャップの作用である。従って、ｐ層
のバンドギャップを調整することによって、例えば、炭
素、窒素、酸素あるいは塩素などのバンドギャップ拡張
材をｐ層に含ませることによって、ｐ層における吸収損
失を最小化することが出来る。例えばｐ層をｐ型ドープ
処理した水素添加アモルファスシリコンカーバイド（ａ
−ＳｉＣ：Ｈ）としてよい。
【０００４】しかしながら、バンドギャップ拡張材をｐ
層に添加すると、その抵抗を増加させてしまう。それゆ
え添加するバンドギャップ拡張材の総量は、普通、その
デバイスにおいて許容されると考えられる抵抗の総量に
よって制限される。
【０００５】ｎ型層は、真性層と整流接合を形成するよ
う機能する。この機能を高めるために、ｎ層に高導電率
を与えてることが望ましい。しかしながら、上述のよう
にｎ層で発生したキャリヤは電池の光電流に寄与しない
ので、ｎ層に広い光学的バンドギャップを与えることも
望ましい。しかし不幸にも、上述のバンドギャップ拡張
材をｎ層に添加すれば、ｐ層の場合のようにｎ層の抵抗
を増加させてしまう。従って、典型的には、そのデバイ
スに許容されると考えられる抵抗の総量によって制限さ
れるバンドギャップ拡張材が、ｎ層に集中的に与えられ
る。
【０００６】光電デバイスの光電流出力を最大にするた
めに、異なるエネルギーと波長を持って吸収される光子
の総数を増加させることが望ましい。光子の吸収を増加
させてデバイスの効率を増加させる一つの技術は、２以
上の太陽電池を積層配置して、すなわち、一方を他方の
上に積み重ねて、多接合光電デバイスを提供することで
ある。こうした多接合光電デバイスは、タンデム接合太
陽電池としても周知であるが、ハナク（Ｈａｎａｋ）に
許容された米国特許第４，２７２，６４１号（以下’６
４１特許）に開示されており、それは参照としてここに
組込まれている。具体的に言えば、該米国特許は各セル
が上述のＰＩＮ構成を持っているタンデム接合アモルフ
ァスシリコン太陽電池の構造を教示している。
【０００７】こうした多接合光電デバイスは、電気的及
び光学的に直列に接続された２以上の光電池の積層から
なる。こうしたデバイスでは普通、短波長光は第１の最
上面光電池に吸収され、それより長い波長の光は第２及
び、もしあれば、それ以降の光電池によって吸収され
る。好適には、多接合デバイスの第１、第２及びそれ以
降の光電池は、太陽の放射を効率的に吸収するために、
連続した狭小な光学的バンドギャップをそれぞれ持って
いる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】こうした多接合ＰＩＮ光電デバイスを最大
効率で作用させるためには、電流がセルの積層中を各光
電池から次の隣接光電池へと邪魔されずに流れなければ
ならない。しかしながら、多接合ＰＩＮ光電デバイスの
特性上、すなわち、ｐ−ｉ−ｎ−ｐ−ｉ−ｎ．．．とい
うことから、隣接するＰＩＮ光電池の各接合点にｎ−ｐ
接合が生じ、それ故それらの隣接光電池と電気的に直列
になってしまう。不利益にも、これらのｎ−ｐ接合はそ
れぞれ、隣接光電池の各々によって生じた光電圧と反対
の極性をもつダイオードに相当する。これらのｎ−ｐ接
合は、光電流の流れに逆らってデバイスに実質的な電力
損失を与える非線形素子となる。
【０００９】第１図は、多接合ＰＩＮ光電デバイスの電
流対電圧（ＩＶ）の作図を示している。特に曲線１００
（破線）は、隣接光電池間のインターフェースにおける
ｎ−ｐ接合の反対方向作用を克服するような方策が施さ
れていない光電デバイスのＩＶ特性を示している。曲線
１００で示されているように、デバイスの光電流が方向
を変える領域で変曲が生じている。こうした変曲は、ｎ
−ｐ接合によるデバイスの直列抵抗の不本意な増加を示
している。このＩＶ曲線の様相、つまりｎ−ｐ接合の特
性が、光電デバイスによって導かれうる光電流の総量を
制限するので、デバイスのフイルファクタ及び発電力を
低下させる。ここで用いられている、光電デバイスのフ
イルファクタとは、比ＶｍｐＩｍｐ／ＩＬＶＯＣのこと
であって、ここでＶｍｐおよびＩｍｐはそれぞれデバイ
スの最大電力送出時の電圧と電流であり、ＶＯＣおよび
ＩＬはそれぞれデバイスにおいて達成可能な最大電圧と
電流である。
【００１０】ｎ−ｐ接合に起因する上述の問題に対する
一つの解決法は、多接合デバイスの構成を修正して、各
隣接光電池対に生じる接合がトンネル接合のように働く
ようにすることである。シリコンなどの結晶質半導体材
料から組み立てられた多接合光電デバイスの隣接太陽電
池間にトンネル接合を作る一つの既知の方法は、隣接電
池によって形成されるｎ−ｐ接合のｎ層およびｐ層のそ
れぞれに厚くドープ処理をすることである。しかしなが
ら、アモルファスシリコンはドープ処理で高導電被膜を
施すのが容易ではないので、トンネル接合を作るこの方
法を上述の多接合ＰＩＮデバイスには適用しがたい。適
当な高導電率を達成することのこうした困難は、特に上
述のように、多接合デバイスの各光電池の光学的透過性
を最大にするように働くのでアモルファスシリコンＰＩ
Ｎ光電デバイスのｐ型層およびｎ型層を構成する好適な
材料となる水素添加アモルファスシリコンカーバイド
（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）や水素添加アモルファス窒化シリコ
ン（ａ−ＳｉＮ：Ｈ）などの広バンドギャップ合金を使
用する場合に生じる。結果的に、広バンドギャップ合金
で形成したアモルファスシリコン多接合ＰＩＮデバイス
のｐ層およびｎ層を厚くドープ処理する試みによって
は、隣接セル間のｎ−ｐ接合において任意のトンネル接
合特性を得られない。
【００１１】アモルファスシリコン多接合ＰＩＮデバイ
スの隣接太陽電池間にトンネル接合を作り出す一つの方
法が、上述の米国特許第４，２７２，６４１号に開示さ
れている。そこでは、付加トンネル接合層が隣接ＰＩＮ
光電池間に配設されておりこの層が、金属を含むサーメ
ットとして、あるいは薄い金属層とサーメットとして働
くのである。この層を以下『金属層』と呼ぶ。金属層が
隣接セル層と共に機能してデバイスのＩＶ曲線１００
（第１図）における上述の変曲を小さくする一方で、こ
の余分な金属層を設けたことが、製造工程を実質上妨害
してしまう。こうした金属層を用いたアモルファスシリ
コン多接合光電デバイスを製造するためには、第１光電
池は第１材料デポジット装置、例えば、’６４１特許に
述べられているような成長放電室で形成される。次に、
デバイスを成長放電室から離して、金属層をデポジット
する第２材料デポジット装置に置かなければならない。
例えば、’６４１特許では、金属層はスパッタリング工
程によってデポジットされる。その後デバイスは第１デ
ポジット装置に戻されて、そこで第２光電池が金属層上
に形成される。勿論、デバイスが２以上の光電流を有す
るなら、二つのデポジット装置間を移動する工程を継続
しなければならない。付加デポジット装置及びこうした
工程で多接合デバイスを製造するのに必要な時間の為
に、デバイスの全般的なコストの増加と生産高の減少と
を招いてしまう。
【００１２】さらに、’６４１特許に開示された金属層
は光学的に透過的であるが、その屈折率は金属層を挟む
セルの隣接ｎ型およびｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層の屈折率より
も低い。この屈折率の違いの結果、金属層と隣接ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層の界面で光が反射してしまう。
【００１３】本発明は上述の状況に鑑みてなされたもの
であり、デバイスの発電を制限しない特性を示すトンネ
ル接合を隣接光電池間に有するアモルファスシリコン多
接合光電デバイスを提供することを目的としている。
【００１４】本発明の今一つの目的は、製造工程を実行
するに当たって付加的な設備や時間を必要とせずに形成
できるトンネル接合を隣接セル間に有するアモルファス
シリコン多接合光電デバイスを提供することである。
【００１５】本発明の付帯的な目的や利点は、ある部分
は以下の記載で述べられ、またある部分はその記載から
自明となるであろうし、あるいはまた本発明の実施によ
って知ることも出来よう。本発明の諸目的及び利点は、
請求項に特に記載した諸手段及びその組合せによって実
現達成できる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の諸目的を達成する
ために、本発明の意図に従えば、ここに具体化しかつ明
確に述べるように本発明の多接合光電デバイスは、第１
の光電池と、第２の光電池と、シリコン含有半導体化合
物からなるインターフェース層とを含み、前記第１の光
電池はそれぞれ異なる導電型をもつ水素添加アモルファ
スシリコンからなる複数の第１セル層を有し、該複数の
第１セル層は積層配置されていて第１のバンドギャップ
をもつ底面層を含み、該底面層は第１導電型のドープ剤
でドープ処理されており、前記第２の光電池はそれぞれ
異なる導電型をもつ水素添加アモルファスシリコンから
なる複数の第２セル層を有し、該複数の第２セル層は積
層配置されていて第２のバンドギャップをもつ上面層を
含み、前記上面層は前記第１導電型と反対の第２導電型
のドープ剤でドープ処理されており、前記インターフェ
ース層は前記第１及び第２のバンドギャップより小さな
第３のバンドギャップを有するとともに前記第１光電池
の底面層と前記第２光電池の上面層との間に該底面層お
よび上面層に接触するように配置されている。
【００１７】本発明はまた、基板上に多接合光電デバイ
スを形成する方法にも向けられている。その方法は、そ
れぞれ水素添加アモルファスシリコンからなるｐ型層、
真性層、及び第１バンドギャップを有するｎ型層を成長
放電法によって基板上に逐次デポジットする工程と、前
記第１バンドギャップより小さな第２バンドギャップを
有するシリコン化合物材のインターフェース層を成長放
電法によって前記ｎ型層上にデポジットする工程と、そ
れぞれ水素添加アモルファスシリコンからなるｐ型層、
真性層、及び前記第２バンドギャップより大きな第３バ
ンドギャップを有するｎ型層を成長放電法によって前記
インターフェース層上に逐次デポジットする工程とを含
む。
【００１８】
【作用】本発明によれば、アモルファスシリコン多接合
光電デバイスにおいて、デバイスの発電を制限しない特
性を示すトンネル接合を隣接セル間に形成でき、また、
製造工程を実行するに当たって付加的な設備や時間を必
要とせずにトンネル接合を隣接セル間に形成できる。
【００１９】
【実施例】第２図を参照すると、そこには、本発明の第
１実施例によって構成された多接合光電デバイス２００
が示されている。デバイス２００は、太陽放射２０６を
受けるための入射面２０４を備えた基板２０２を有して
いる。基板２０２は、好ましくは、ガラスあるいは太陽
放射に対して透明である他の適当な材料からなる基板２
０２には前面導電接触層２０８が形成されている。前面
導電接触層２０８は、好ましくは、例えば酸化錫のよう
な酸化金属などの光学的に透明な導体である。
【００２０】基板２０２及び前面導電接触層２０８は、
二つの光電池２１０、２１２の積層配置を支持してい
る。光電池２１０は、前面導電接触層２０８上にデポジ
ットしたｐ型水素添加アモルファスシリコンカーバイド
（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層２２０と、ｐ型層２２０上に形成
した真性水素添加アモルファスシリコン層２２２と、真
性層２２２上に形成したｎ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２２４と
からなる。光電池２１２は、実質的には光電池２１０と
同様な基本構成を持っており、ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２
３０と、真性水素添加アモルファスシリコン層２３２
と、ｎ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２３４とからなる。セル２１
０、２１２のｐ型及びｎ型層は、それぞれ、少なくとも
各セルの真性層に隣接した部分に、およそ２０％及び１
５％の炭素濃度を有している。ｎ型層２２４及びｐ型層
２３０それぞれにおける炭素濃度の傾斜は、デバイス２
００の構成方法に関して詳しく後述する。セル２１０、
２１２の前記のｐ層およびｎ層が炭素を含有すれば、ド
ープ処理された層全てにバンドギャップ拡張素を含有さ
せることなく多接点デバイスを本発明によって構成する
ことが出来る。
【００２１】セル２１０、２１２のｐ型層及びｎ型層が
バンドギャップ拡張素として炭素を含有する一方、真性
層２２２、２３２は実質的にそうしたバンドギャップ拡
張素を含有しない。しかしながら、真性層のうち、炭素
を含むｐ型層及びｎ型層と接触している微小点では、僅
かな、不均一な炭素濃度を有しうる。さらに、従来技術
の周知の実地によれば、真性層２２２、２３２は、僅か
なｐ型ドーピング、例えば、１０１７ｃｍ−３未満の炭
素濃度を含むことが可能で、真性層の単体生成能力を改
善することが知られている。各セル２１０、２１２を構
成する層の模範的な厚さ及びドーピング濃度は、上述の
米国特許第４，２７２，６４１号に開示されている。
【００２２】デバイス２００は、また、ｎ型層２３４上
に形成され、好ましくはアルミニウムなどの金属として
配設される背面導電接触層２３６を有している。
【００２３】光電池２１０のｎ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２２
４と光電池２１２のｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２３０の間に
は、相対的に低バンドギャップ高導電率の半導体材料の
インターフェース層２４０が介在している。特に、層２
４０は、隣接層２２４、２３０より低いバンドギャップ
を有し、ｐ型あるいはｎ型半導体材料として配設すれ
ば、隣接層２２４、２３０のうち同一導電型を持つ層と
オーム接触を形成し、層２２４、２３０のうち反対の導
電型を持つ層とトンネル接触を形成できる。層２４０は
低いバンドギャップを有するので、隣接層２２４、２３
０より高い導電率を有する。一般的に、層２２４、２３
０が、それぞれ、１．９ｅＶ程度のバンドギャップを持
てば、層２４０のバンドギャップは１．７ｅＶ未満程度
であるのが好ましい。
【００２４】第１実施例の第１変形例によれば、インタ
ーフェース層２４０は、炭素、窒素、塩素、あるいは、
同様なバンドギャップ拡張素を実質的に含まないｐ＋型
水素添加アモルファスシリコン層とされる。そうして好
適にされた層２４０は、１０Åから２００Åの範囲、好
ましくはおよそ２０Åの厚さを持ち、およそ１％の濃度
にボロンなどの受容体ドープ材でドープ処理されること
が望ましい。その結果ｐ＋型層とされた層２４０は、セ
ル２１２のｐ型層２３０と高導電オーム接触を、また、
セル２１０のｎ型層２２４とトンネル接触を形成する。
【００２５】第１実施例の第２変形例によれば、インタ
ーフェース層２４０は、炭素、窒素、塩素、あるいは、
他のバンドギャップ拡張素を実質的に含まないｎ＋型水
素添加シリコンの微晶質層とされる。本明細書で用いら
れている微晶質とは、結晶の等級が実質的に２５Åから
５００Åの範囲である材料を言う。微晶質の存在は、電
子回折、Ｘ線回折、あるいはラーマン散乱分光のうち一
つ以上によって確認することが出来る。ドープ処理され
た微晶質シリコンは、相対的に低いバンドギャップ、す
なわち、およそ１．１ｅＶの間接バンドギャップ材とな
るので、高導電率及び高光学的透過性という二つの利点
をもたらす。
【００２６】好ましくは微晶質ｎ＋型層とされた層２４
０は、１５Åから５０Åの範囲、好ましくはおよそ５０
Åの厚さを持ち、およそ１％の濃度に燐などのドナード
ープ材でドープ処理されることが望ましい。その結果、
ｎ＋型微晶質層とされた層２４０は、セル２１０のｎ型
層２２４と高導電オーム接触を、また、セル２１２のｐ
型層２３０とトンネル接触を形成する。微晶質層とされ
た層２４０は相対的に低い光学的バンドギャップを有す
るが、間接的な光学的バンドギャップ材となるので、高
い光学的透過性を維持する。
【００２７】本発明の第１実施例は、均一な炭素濃度を
持つセル２１０のｎ型層２２４で十分に構成実施するこ
とが出来るが、層２２４の炭素濃度を、隣接する真性層
２２２との界面において最大値を取り、層２４０との界
面において最小値、好ましくは零濃度を取るように傾斜
させることが望ましい。この様な傾斜は、炭素濃度を段
階的に傾斜させても連続的に傾斜させても、どちらによ
って達成しても良い。上述のように、炭素は、ｎ型層２
２４に、層の厚みの全てあるいは部分的に含まれ、その
層の光学的バンドギャップを増加させる。しかし、不都
合なことには、炭素が存在すると、層２２４、２３０各
々の導電率を減少させてしまう。このため、層２２４の
バンドギャップ、ひいては導電率が層２４０との界面で
最大値を取ってその層との導電接触をよりよく形成でき
るように、層２２４の炭素濃度を傾斜させることが望ま
しい。第１実施例の第１の変形によると、傾斜させたｎ
型層２２４とｐ＋型層としての層２４０との間の導電接
触を強化させるので、両者間に形成されるトンネル接触
の性能を改善できる。
【００２８】また、セル２１２のｐ型層２３０にも、真
性層２３２との界面において最大値を取り、層２４０と
の界面において最小値、例えば零濃度を取るように段階
的にあるいは連続的に傾斜させた炭素濃度を与えても良
い。この様な層２３０の傾斜は、層２４０との導電接触
を改善する。しかしながら、本発明者等は、セルの開路
電圧はｎ層の傾斜には特に影響されはしないのに、ｐ層
を傾斜させるとセルの開路電圧が低下してしまうことを
観測している。
【００２９】第１実施例の第３変形例によれば、ｎ型層
２２４は傾斜した炭素濃度を持つ。さらに、層２４０
は、層２２４に隣接したｎ＋型ａ−ＳｉＣ：Ｈの第１副
層と、微晶質ｎ＋型層の第２副層とからなる。第２副層
は、第１副層とセル２１２の層２３０の間に配置される
が、それ以外は第１実施例の第２の変形に関して述べた
とおりである。この第３の実施例によれば、ａ−Ｓｉ：
Ｈｎ型副層は、実質的にバンドギャップ拡張素を含ま
ず、１０Åから１００Åの範囲、好適には１５Åの厚さ
を持ち、かつ、およそ１％ｃｍ−３の濃度にまで燐でド
ープ処理することが望ましい。
【００３０】第１実施例によれば、インターフェース層
２４０と層２２４、２３０のうちの一つとの間に形成さ
れたトンネル接合が実質的に抵抗特性を伴って機能する
ので、デバイス２００のＩＶ特性は第１図の曲線１５０
に示されたようになる。図から分かるように、曲線１５
０は曲線１００に見えた変曲を含んでいない。結果とし
て、本発明の第１実施例によってトンネル接合を有する
ように構成されたデバイス２００は、改良されたフィル
ファクタと発電力を享受できる。
【００３１】また第１実施例によれば、上記で参照され
た’６４１特許において述べた従来技術の金属層とは違
って、インターフェース層２４０は、隣接層２４０、２
３０と実質的に同一の屈折率を持ったシリコン化合物で
形成される。その結果、デバイス２００は、層２４０と
の界面において不本意な反射を持つことがない。
【００３２】次に第１実施例の第１及び第２の変形例を
それぞれ構成する方法について述べる。この点に関して
は、層２２４、２３０及び２４０の形成法についてのみ
詳述する。デバイス２００の残りの部分を構成する適当
な方法は、前述の米国特許第４，２７２，６４１号に開
示されている。
【００３３】まず、第１実施例の第１変形例によってデ
バイス２００を構成する方法を説明する。デバイス２０
０の半導体層は全て成長放電工程によって形成される。
この方法は、ｎ型層２２４およびｐ型層２３０に傾斜し
た炭素濃度を持たせる方法を含んでいる。
【００３４】まず、デポジット工程中炭素を次第に遠ざ
けながら狭小な光学的バンドギャップを持つａ−ＳｉＣ
合金を徐々にデポジットして層２２４を形成する。特
に、シラン、シラン中の４．５％ホスフィン、およびメ
タンを使用して、真性層２２２に隣接するｎ型層２２４
の広バンドギャップ部分のデポジションを、１２５ｓｃ
ｃｍ ＰＨ３−ＳｉＨ４＋２５ｓｃｃｍＳｉＨ４＋２５
ｓｃｃｍメタンの混合ガスを用いて開始する。およそ４
Å／秒のデポジット速度を得る０．４ｗａｔｔｓ／ｉｎ
２の電力を使用して、直流あるいは高周波成長放電によ
って層２２４をデポジットする。炭素を次第に遠さけな
がら２以上の層、あるいは、炭素がなくなるまで傾斜し
た短層を、逐次的にデポジットして、名目上１００Åの
層２２４の厚み全てが製作されたことになる。例えば、
炭素を段階的に傾斜させる場合は、３層以上で行われ
る。最後の混合ガスは、１２５ｓｃｃｍＰＨ３−ＳｉＨ
４＋７５ｓｃｃｍＳｉＨ４である。次に、成長放電によ
って、１００ｓｃｃｍ０．５％ジボラン−ＳｉＨ４＋１
００ｓｃｃｍＳｉＨ４の混合ガスで２０Åの厚さまで成
長放電によってｐ＋型層とされる層２４０をデポジット
する。最後に、ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層２３０をおよそ１
００Åの厚さに成長放電でデポジットする。層２４０を
傾斜光学的バンドギャップでデポジットさせるとする
と、初めは３０ｓｃｃｍ０．５％ジボラン−ＳｉＨ４＋
９０ｓｃｃｍＳｉＨ４の混合ガスでデポジットする。２
以上の層、あるいは、炭素を連続的に傾斜させた単層を
逐次デポジットして、その層をデポジットしている混合
ガスが最終的に８０ｓｃｃｍのメタンを含むようにす
る。層２４０のバンドギャップを傾斜させないときに
は、混合ガスには持続的に８０ｓｃｃｍのメタンを含ま
せる。適当な瀉水をデポジットの合間に行って相互汚染
を避ける。しかし、完全な組立て工程は、単一成長放電
デポジット法で成される。
【００３５】次に、第１実施例の第２変形例によってデ
バイス２００を構成する方法を説明する。今度もデバイ
ス２００の層全てを成長放電デポジット工程によって形
成する。次に述べる方法では、層２２４、２３０の両方
に、均一な炭素濃度を与える。まず約０．５ｔｏｒｒで
およそ０．４ｗａｔｔｓ／ｉｎ２を使用して１２５ｓｃ
ｃｍ４．５％ＰＨ３−ＳｉＨ４＋２５ｓｃｃｍＣＨ４＋
７５ｓｃｃｍＳｉＨ４の混合ガスを用いて、約１００Å
の厚さまで直流あるいは高周波放電によってｎ型ａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈ層２２４をデポジットする。
【００３６】次に微晶質ｎ型層としての層２４０をデポ
ジットする。ドープ処理した微晶質層を形成すると、高
光学的透過性を維持するのに必要な極めて薄い（１０な
いし１００Å）層を得るのがこれまでは困難であった。
この制限は、高強度水素成長放電工程を使用してアモル
ファス層を結晶化して、結晶相をさらに成長させる『種
子』核として働かせることによって克服されている。特
に１２５ｓｃｃｍ４．５％ＰＨ３−ＳｉＨ４＋１００ｓ
ｃｃｍＳｉＨ４のガス流速で、水素添加ｐ型シリコンの
２０Å厚で炭素無含有のｎ型層をデポジットする。０．
５ｔｏｒｒかつ０．４ｗａｔｔｓ／ｉｎ２で４秒の成長
放電デポジットによって前記の層を形成する。次に、約
２ｗａｔｔｓ／ｉｎ２の高周波あるいは直流電力水準で
５秒間１．５ｔｏｒｒ（３２０ｓｃｃｍ流速）で作り出
された水素プラズマを使用して、アモルファスデポジッ
ト層を再結晶化させる。微晶質ｎ層は、純粋水素の３２
０ｓｃｃｍ流において希釈したＳｉＨ４中の４．５％Ｐ
Ｈ３の流速５ｓｃｃｍで２ｗａｔｔｓ／ｉｎ２の成長放
電を使用して１．５ｔｏｒｒでデポジットする。このデ
ポジットは、５０秒間行い、およそ５０Åの厚さを得
る。最後に、セル２１２のｐ型ａ−ＳｉＣ層２３０を、
約０．４ｗａｔｔｓ／ｉｎ２の高周波あるいは直流電力
水準で２５ｓｃｃｍＳｉＨ４中０．５％Ｂ２Ｈ６＋８０
ｓｃｃｍメタン＋１００ｓｃｃｍＳｉＨ４の混合ガスか
ら１７秒間０．５ｔｏｒｒでデポジットする。
【００３７】第１実施例の第３変形例に関しては、層２
２４の炭素濃度は上述の方法で傾斜させる。次にｎ＋型
ａ−Ｓｉ：Ｈ副膜を、１２５ｓｃｃｍＰＨ３−ＳｉＨ４
＋７５ｓｃｃｍＳｉＨ４の混合ガスからおよそ１００Å
の厚さまで成長放電によって着膜させる。次に、ｎ＋型
微晶質層とｐ＋型層２３０を、第１実施例の第２変形例
に述べたようにデポジットする。
【００３８】第３図は、本発明の第２実施例によって構
成された多接合光電デバイス３００を示している。デバ
イス３００は、デバイス２００で上述したのと同様に、
基板２０２、前面導電接触層２０８、及び光電池２１
０、２１２を有している。デバイス３００は、また、セ
ル２１０のｎ型層２２４とセル２１２のｐ型層に挟まれ
た層３０４、３０６からなるインターフェース層３０２
も有しており、層３０４は層２２４と接触し、層３０６
は層２３０と接触している。第２実施例の種々の変形例
によれば、層３０４、３０６はそれぞれ、相対的に低い
バンドギャップを有するｎ型及びｐ＋型水素添加アモル
ファスシリコン層として設置される。特に、層３０４、
３０６は、層２２４、２３０より低いバンドギャップ、
それゆえ高い導電率を有するものである。その結果、種
々の変形例によれば、ｎ型層３０４はｎ型層２２４と高
導電オーム接触を形成し、また、層３０４、３０６間に
はトンネル接触が形成される。層３０４、３０６各々の
バンドギャップは、第１実施例の層２４０の為に記載し
た通りである。
【００３９】第２実施例の第１変形例によれば、層３０
４は、炭素、窒素、塩素、あるいは、他のバンドギャッ
プ拡張素を実質的に含まないｎ＋型水素添加シリコンの
微晶質層とされる。層３０４は、１０Åから１００Åの
範囲、好ましくはおよそ２０Åの厚さを持ち、また、お
よそ１％のドープ材濃度を有する。層３０６は、上記の
バンドギャップ拡張素を実質的に含まないｐ＋型水素添
加アモルファスシリコンの層とされる。層３０６は、５
Åから１００Åの範囲、好ましくはおよそ１５Åの厚さ
を持ち、また、およそ１％のドープ材濃度を有する。
【００４０】第２実施例の第２変形例によれば、層３０
４は、上記のバンドギャップ拡張素を実質的に含まない
ｎ＋型水素添加アモルファスシリコンの層とされる。層
３０４は、１０Åから１００Åの範囲、好ましくはおよ
そ１５Åの厚さを持ち、また、およそ１％のドープ材濃
度を有する。この変形例の層３０６は、第１変形例で述
べたものと同様である。
【００４１】第２実施例の第３変形例によれば、層３０
４は、第１変形例で上記のバンドギャップ拡張素を実質
的に含まないｎ＋型水素添加シリコンの微晶質層とされ
る。この第３変形例によれば、層３０６も、上記のバン
ドギャップ拡張素を実質的に含まないｐ＋型水素添加シ
リコンの微晶質層とされる。この変形例では、層３０６
は、１０Åから１００Åの範囲、好ましくはおよそ１５
Åの厚さを持ち、また、およそ１％のドープ材濃度を有
する。
【００４２】第２実施例の第４変形例によれば、層３０
６は、第３変形例に記載のもの、また、層３０４は、第
２変形例に記載のものとされる。
【００４３】第１実施例の場合と同様に、第２実施例
は、均一な炭素濃度を持つｎ型層２２４とｐ型層２３０
で十分に構成実施することが出来るが、層２２４の炭素
濃度を、第１実施例に関して述べたように傾斜させるこ
とが望ましい。ｐ層２３０の炭素濃度も前述のように傾
斜させることが出来る。
【００４４】本発明の第２実施例によれば、層３０４、
３０６間に形成されたトンネル接合が実質的に抵抗特性
を伴って機能するので、デバイス２００と同様に、デバ
イス３００のＩＶ特性も第１図の曲線１５０に示された
ようになる。結果として、本発明の第２実施例によって
構成されたデバイス３００は、改良されたフィルファク
タと発電力を享受できる。また第１実施例の場合と同様
に、層３０４、３０６は、層２２４、２３０と実質的に
同一の屈折率を持ったシリコン化合物で形成される。そ
の結果、デバイス３００は、層３０２との界面において
不本意な反射を持つことがない。
【００４５】次にデバイス３００を構成する方法につい
て述べる。第１実施例の場合と同様に、デバイス３００
の層は全て成長放電デポジット工程によって形成され
る。第２実施例の第３変形例及び第４変形例に含まれる
微晶質ｐ＋型層を除いて、ｐ＋型ａ−Ｓｉ：Ｈ、ｎ＋型
微晶質シリコン、あるいはｎ＋型ａ−Ｓｉ：Ｈとして第
１実施例の層２４０を構成する上述の方法を、層３０
４、３０６にも完全に適用できる。第３変形例及び第４
変形例のｐ＋型微晶質層３０６は、ｎ＋型微晶質層を形
成するために上述したものと同様に形成することが出来
る。例えば、層３０６は、水素３２０ｓｃｃｍで希釈し
たシラン中に０．５％ジボランを含む混合ガスを用い、
２ｗａｔｔｓ／ｉｎ２の電力で成長放電によってデポジ
ットできる。
【００４６】本発明の実施例によって構成したデバイス
２００、３００は、それぞれのｎ型及びｐ型層にバンド
ギャップ拡張素として炭素を含有させて説明したが、本
発明はこれに限定されない。本発明は、炭素以外のバン
ドギャップ拡張素、例えば、塩素、窒素、酸素などを用
いて同等の有効性を有して実現することが出来る。
【００４７】デバイス２００、３００は２つの光電池し
か有しなかったが、本発明は、２以上のセルを有する多
接合光電デバイスで実現することも出来る。この様なデ
バイスでは、本発明によって構成したインターフェース
層を、多接合デバイスの隣接光電池の各対間に挿入すれ
ば良い。
【００４８】次の例は、隣接セルとトンネル接合を形成
するインターフェース層を有するように多接合光電デバ
イスを構成することによる利点を示している。この例で
は、デバイス＃１，＃２で示した２つの多接合デバイス
が構成されている。両デバイス＃１、＃２は、図解した
実施例で上述したような特性を持つ２つのＰＩＮ型光電
池を有している。デバイス＃１はインターフェース層を
有しないが、デバイス＃２は、本発明の第１実施例の第
１変形例で上述したようなインターフェース層を有して
いる。こうして、インターフェース層を、炭素、窒素、
塩素、あるいは他のバンドギャップ拡張素を実質的に含
まない、ボロンでドープ処理された水素添加アモルファ
スシリコンで形成する。特に、デバイス＃２では、イン
ターフェース層は、およそ２０Åの厚さを持ち、およそ
０．３％のボロン濃度を有している。こうして、装置＃
１、＃２は、デバイス＃２にインターフェース層が存在
することを除けば、同一である。
【００４９】表１は、同一照射条件のもとで測定したデ
バイス＃１、＃２の性能特性を列挙したものである。
【００５０】
【表１】
【００５１】表１では、Ｖｏｃ及びＪｓｃはそれぞれ、
デバイスの開路電圧及び短絡電流密度である。表１に伺
えるように、デバイス＃２にインターフェース層を有す
ることによって、フィルファクタが８．６％増加し、そ
れに応じたデバイス効率の増加につながっている。ま
た、表１から分かるように、デバイス＃２にインターフ
ェース層を有することによって、多接合デバイスの直列
抵抗を実質的に減少させている。
【００５２】本発明の上述した好適な実施例及び比較例
は、図解説明の目的で成されてきたものであって、余す
ところのないものでも、また、本発明を開示した厳密な
形式に限定しようとするものでもなく、上記の教示に鑑
みて様々な修正変形が可能であって、また、本発明を実
施して行く過程で得られてもよい。技術に熟練したもの
が、様々な実施例において、及び、特別な使用意図に叶
った様々な変形とともに本発明を利用できるように、本
発明の原理及びその実際的応用を説明するために実施例
が選択解説されたのであって、本発明の範囲は、添付さ
れた請求項及びその等価物によって限定されるものであ
る。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、上述したように、デバ
イスの発電を制限しない特性を示すトンネル接合を隣接
セル間に有するアモルファスシリコン多接合光電デバイ
スを提供することができ、また、製造工程を実行するに
当たって付加的な設備や時間を必要とせずに形成できる
トンネル接合を隣接セル間に有するアモルファスシリコ
ン多接合光電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光電デバイスの電流電圧特性と本発明の
好適な実施例の電流電圧特性とを示すグラフ。
【図２】本発明の第１実施例によって構成したアモルフ
ァスシリコン多接合光電デバイスの断面図。
【図３】本発明の第２実施例によって構成したアモルフ
ァスシリコン多接合光電デバイスの断面図。
【符号の説明】 ２００、３００ 多接合光電デバイス ２０２ 基板 ２０６ 太陽放射 ２０８ 前面導電接触層 ２１０、２１２ 光電池 ２２０、２３０ ｐ型層 ２２２、２３２ 真性層 ２２４、２３４ ｎ型層 ２３６ 背面接触層 ２４０、３０２ インターフェース層

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の光電池と、第２の光電池と、シリコ
    ン含有半導体化合物からなるインターフェース層とを含
    み、前記第１の光電池はそれぞれ異なる導電型をもつ水
    素添加アモルファスシリコンからなる複数の第１セル層
    を有し、該複数の第１セル層は積層配置されていて第１
    のバンドギャップをもつ底面層を含み、該底面層は第１
    導電型のドープ剤でドープ処理されており、前記第２の
    光電池はそれぞれ異なる導電型をもつ水素添加アモルフ
    ァスシリコンからなる複数の第２セル層を有し、該複数
    の第２セル層は積層配置されていて第２のバンドギャッ
    プをもつ上面層を含み、前記上面層は前記第１導電型と
    反対の第２導電型のドープ剤でドープ処理されており、
    前記インターフェース層は前記第１及び第２のバンドギ
    ャップより小さな第３のバンドギャップを有するととも
    に前記第１光電池の底面層と前記第２光電池の上面層と
    の間に該底面層および上面層に接触するように配置され
    てなる、多接合光電デバイス。
  2. 【請求項２】前記インターフェース層が第１導電型のド
    ープ剤でドープ処理された第１及び第２副層からなり、
    前記第１副層は水素添加アモルファスシリコン化合物か
    らなるとともに前記底面層とオーム接触を形成し、前記
    第２副層は水素添加微晶質シリコン化合物からなるとも
    に前記上面層とトンネル接合を形成してなる、請求項１
    に記載の多接合デバイス。
  3. 【請求項３】前記第１および第２導電型がそれぞれｎ型
    およびｐ型である、請求項２に記載の前記多接合デバイ
    ス。
  4. 【請求項４】前記上面層および底面層がそれぞれ炭素、
    窒素、酸素及び塩素からなる群から選択された元素をさ
    らに含み、前記インターフェース層が炭素、窒素、酸素
    及び塩素を実質的に含んでいない、請求項２に記載の多
    接合デバイス。
  5. 【請求項５】前記インターフェース層が第１の層及び第
    ２の層からなり、前記第１の層が第１導電型のドープ剤
    でドープ処理されて前記底面層とオーム接触を形成し、
    前記第２の層が第２導電型のドープ剤でドープ処理され
    て前記上面層とオーム接触を形成し、前記第１の層と第
    ２の層の間でトンネル接合が形成されている、請求項１
    に記載の多接合デバイス。
  6. 【請求項６】前記第１の層が水素添加微晶質シリコン化
    合物からなり、前記第２の層が水素添加アモルファスシ
    リコン化合物からなる、請求項５に記載の多接台デバイ
    ス。
  7. 【請求項７】前記第１の層及び第２の層がそれぞれ水素
    添加アモルファスシリコン化合物からなる、請求項５に
    記載の多接合デバイス。
  8. 【請求項８】前記第１の層及び第２の層がそれぞれ水素
    添加微晶質シリコン化合物からなる、請求項５に記載の
    多接合デバイス。
  9. 【請求項９】前記第１の層が水素添加アモルファスシリ
    コン化合物からなり、前記第２の層が水素添加微晶質シ
    リコン化合物からなる、請求項５に記載の多接合デバイ
    ス。
  10. 【請求項１０】前記第１および第２導電型がそれぞれｎ
    型およびｐ型である、請求項５に記載の多接合デバイ
    ス。
  11. 【請求項１１】前記上面層および底面層がそれぞれ炭
    素、窒素、酸素及び塩素からなる群から選択された元素
    をさらに含み、前記インターフェース層の第１及び第２
    の層が炭素、窒素、酸素及び塩素を実質的に含んでいな
    い、請求項５に記載の多接合デバイス。
  12. 【請求項１２】前記複数の第１セル層がｐ型第１セル上
    面層と、真性第１セル中間層と、ｎ型第１セル底面層と
    を含み、前記複数の第２セル層がｐ型第２セル上面ｐ型
    層と、第２セル中間真性層と、第２セル下端ｎ型層とを
    含み、前記第１セル底面層及び第２セル上面層がそれぞ
    れ前記第１及び第２のバンドギャップを有する、請求項
    １の多接合光電デバイス。
  13. 【請求項１３】前記第２光電池が、それぞれ水素添加ア
    モルファスシリコンからなるｐ型層、真性層、及び第１
    のバンドギャップを有するｎ型層を成長放電工程によっ
    て基板上に逐次デポジットすることによって形成され、
    前記インターフェース層が、前記第１バンドギャップよ
    り小さな第２バンドギャップを有するシリコン化合物材
    のインターフェース層を成長放電工程によって前記ｎ型
    層上にデポジットすることによって形成され、前記第１
    光電池が、それぞれ水素添加アモルファスシリコンから
    なるｐ型層、真性層、及び前記第２のバンドギャップよ
    り大きな第３のバンドギャップを有するｎ型層を成長放
    電工程によって前記インターフェース層上に逐次デポジ
    ットすることによって形成されてなる、請求項１の多接
    合光電デバイス。
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